csapp读书笔记-fork函数详解

本文转载自linux中fork（）函数详解（原创！！实例讲解）
 一、fork入门知识
一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。一个进程调用fork函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。 来看一个例子。

#include <stdio.h>   #include <unistd.h>  int main(){pid_t fpid; int count = 0;fpid = fork();if (fpid < 0)printf("error in fork!");else if (fpid == 0){printf("i am the child process, my process id is %d/n", getpid());count++;}else {printf("i am the parent process, my process id is %d/n", getpid());count++;}printf("统计结果是: %d/n", count);return 0;}

运行结果是：
i am the child process, my process id is 5574
统计结果是:1
i am the parent process, my process id is 5573
我是孩子他爹
统计结果是:1
在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……为什么两个进程的fpid不同呢，这与fork的特性有关。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次。在fork执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID，我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。其实就相当于进程形成了链表，父进程的fpid指向子进程的进程id，因为子进程没有子进程，所以其fpid为0。fork出错可能有两种原因：当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN；系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。每个进程都有一个互不相同的进程标识符(process ID)，可以通过getpid函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid函数获得。 执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid!=0(父进程)；进程2的变量为count=0，fpid=0(子进程)。这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0，fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

二、fork进阶知识
来看一个例子。

#include <stdio.h>   #include <unistd.h>  int main(){int i = 0;printf("i son/pa ppid pid  fpid/n");//ppid指当前进程的父进程pid  //pid指当前进程的pid,  //fpid指fork返回给当前进程的值  for (i = 0; i<2; i++) {pid_t fpid = fork();if (fpid == 0)printf("%d child  %4d %4d %4d/n", i, getppid(), getpid(), fpid);elseprintf("%d parent %4d %4d %4d/n", i, getppid(), getpid(), fpid);}return 0;}

运行结果是：
i son/pa ppid pid  fpid
0 parent 2043 3224 3225
0 child  3224 3225    0
1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227
1 child     1 3227    0
1 child     1 3226    0 
第一步：在父进程中指令执行到for循环，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，分别是p3224和p3225。可以看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系：p2043->p3224->p3225。
所以打印出结果：
0 parent 2043 3224 3225
0 child  3224 3225    0
第二步：假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3226，此时p2043->p3224(当前进程)->p3226(被创建的子进程)。对于子进程p3225，执行完第一次循环后i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，此时p3224->p3225(当前进程)->p3227(被创建的子进程)。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。
所以打印出结果：
1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227 
第三步：第二步创建了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，因为这两个进程无法进入第三次循环，无法fork，该执行return 0了，其他进程也是如此。
所以打印出结果：
1 child     1 3227    0
1 child     1 3226    0 
细心的读者可能注意到p3226，p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？这里得讲到进程的创建和死亡的过程，在p3224和p3225执行完第二个循环后，main函数就该退出了，也即进程该死亡了，因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操作系统是不被允许的，所以p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的。

再看一个例子。

#include <stdio.h>   #include <unistd.h>  int main(){int i = 0;for (i = 0; i < 3; i++){pid_t fpid = fork();if (fpid == 0)printf("son/n");elseprintf("father/n");}return 0;}

运行结果是：
father
son
father
father
father
father
son
son
father
son
son
son
father
son 
这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。

总结一下这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*(1+2+4+……+2^N-1)次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("+/n");来判断。调用printf("+");来统计创建了几个进程是不妥当的，请看下面的分析。

#include<stdio.h>  #include<unistd.h>  int main() {      pid_t fpid;     //printf("fork!");      printf("fork!\n");      fpid = fork();      if (fpid < 0)          printf("error in fork!");      else if (fpid == 0)          printf("I am the child process, my process id is %d\n", getpid());      else          printf("I am the parent process, my process id is %d\n", getpid());      return 0;  }  

运行结果是：
fork!
I am the parent process, my process id is 3361
I am the child process, my process id is 3362 
如果把语句printf("fork!/n");注释掉，执行printf("fork!");
运行结果是：
fork!I am the parent process, my process id is 3298
fork!I am the child process, my process id is 3299 
程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？这就跟printf的缓冲机制有关了，printf某些内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了，并没有实际的写到屏幕上。但是只要看到有/n 则会立即刷新stdout，因此就马上能够打印了。运行printf("fork!")后，“fork!”仅仅被放到了缓冲里，程序运行到fork时缓冲里面的“fork!”被子进程复制过去了，因此在子进程stdout的缓冲队列里面就也有了fork! ，所以被printf了2次。而运行printf("fork! /n")后，“fork!”被立即打印到了屏幕上，之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork!内容，所以被printf了1次。所以，printf("+");不能正确反应进程的数量。
最后再看一个例子。

#include <stdio.h>  #include <unistd.h>  int main(){fork();fork() && fork() || fork();fork();return 0;}

问题是不算main这个进程自身，程序到底创建了多少个进程。答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。第一个fork和最后一个fork肯定是会执行的。主要在中间3个fork上，可以画一个图进行描述。这里就需要注意&&和||运算符。A&&B，如果A=0，就没有必要继续执行&&B了；A!=0，就需要继续执行&&B。A||B，如果A!=0，就没有必要继续执行||B了；A=0，就需要继续执行||B。fork()对于父进程和子进程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，可以得出5个分支。

 

加上前面的fork和最后的fork，总共4*5=20个进程，除去main主进程，就是19个进程了。