Linux--fork

一、fork入门知识

  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。可以简单地说fork()的作用就是创建一个子进程。

  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。

什么是进程

1）进程是动态的，程序是静态的

当一个程序调用的时候，就创建了一个进程；进程在运行的时候是具有独立性的，不影响其他进程

2）进程=内核数据结构+进程的代码和数据

代码：只读

数据：当有一个执行流尝试修改数据的时候，OS会自动给我们当前进程触发写时拷贝
写时拷贝（copy-on-write， COW）就是等到修改数据时才真正分配内存空间，这是对程序性能的优化，可以延迟甚至是避免内存拷贝，当然目的就是避免不必要的内存拷贝。

 这里引入一个概念叫做PCB：进程控制块。也就是linux自己创建的Task_struct结构体。进程控制块是系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。

子进程完全拷贝父进程的PCB，但并不是同一个；父子进程代码共享，数据独有；同一个变量在父子进程>    的地址完全一样，OS中虚拟内存机制保证父子进程运行独立互不干扰

创建一个子进程实际上是创建了一个PCB，父进程与子进程看到的是同一份代码和数据

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。

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，它可能有三种不同的返回值：

1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值；

fork出错可能有两种原因：

1）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。
2）系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

二、fork进阶知识

以下面的代码为例，使用<unistd.h>头文件，调用fork()函数。其中getpid()函数的作用是获取进程id，getppid()函数的作用是获取父进程id

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>int main()
{printf("AAAAA\n");fork();printf("BBBBBBBBB   pid:%d   ppid:%d\n",getpid(),getppid());                              sleep(1);return 0;
}

运行后的结果是

 

可以看出AAAAA只打印了一行，因为此时并没有执行fork()函数，只有初始执行的代码。之后通过fork()函数创建了一个子进程，因此BBBBBBBB打印了两次。

第一次打印B的时候，pid：25251 ppid：25728。而第二次打印B的时候，pid：28252 ppid：25251父进程的进程id与第一次打印的进程id相同。

因此可以说明fork()函数创建了一个id为28252的子进程，它的父进程id为28251

下面来考虑循环中使用fork()的效果

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main(void)
{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循环中，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（后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程）。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

第一次fork后，p3224（父进程）的变量为i=0，fpid=3225（fork函数在父进程中返向子进程id）

p3225（子进程）的变量为i=0，fpid=0（fork函数在子进程中返回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，系统中又新增一个进程p3226

对于此时的父进程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

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

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。

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

 对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。

printf的缓冲机制：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