Linux中fork的祕密

時間  2019-11-09
標籤 linux fork 祕密 欄目 Linux 简体版
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linux中fork（）函數詳解

       

1、fork入門知識html

     一個進程，包括代碼、數據和分配給進程的資源。fork（）函數經過系統調用建立一個與原來進程幾乎徹底相同的進程，也就是兩個進程能夠作徹底相同的事，但若是初始參數或者傳入的變量不一樣，兩個進程也能夠作不一樣的事。     一個進程調用fork（）函數後，系統先給新的進程分配資源，例如存儲數據和代碼的空間。而後把原來的進程的全部值都複製到新的新進程中，只有少數值與原來的進程的值不一樣。至關於克隆了一個本身。linux

     咱們來看一個例子：wordpress

[cpp] view plain copy print ?
  1. /*
  2. *  fork_test.c
  3. *  version 1
  4. *  Created on: 2010-5-29
  5. *      Author: wangth
  6. */ 
  7. #include <unistd.h> 
  8. #include <stdio.h>  
  9. int main ()  
  10. {  
  11.     pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值 
  12.     int count=0; 
  13.     fpid=fork();  
  14.     if (fpid < 0)  
  15.         printf("error in fork!");  
  16.     else if (fpid == 0) { 
  17.         printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());  
  18.         printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來講中文看着更直白。 
  19.         count++; 
  20.     } 
  21.     else { 
  22.         printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());  
  23.         printf("我是孩子他爹/n"); 
  24.         count++; 
  25.     } 
  26.     printf("統計結果是: %d/n",count); 
  27.     return 0; 
  28. } 

函數

 

     運行結果是：     i am the child process, my process id is 5574     我是爹的兒子     統計結果是: 1     i am the parent process, my process id is 5573     我是孩子他爹     統計結果是: 1     在語句fpid=fork()以前，只有一個進程在執行這段代碼，但在這條語句以後，就變成兩個進程在執行了，這兩個進程的幾乎徹底相同，將要執行的下一條語句都是if(fpid<0)……     爲何兩個進程的fpid不一樣呢，這與fork函數的特性有關。fork調用的一個奇妙之處就是它僅僅被調用一次，卻可以返回兩次，它可能有三種不一樣的返回值：     1）在父進程中，fork返回新建立子進程的進程ID；     2）在子進程中，fork返回0；     3）若是出現錯誤，fork返回一個負值；操作系統

    在fork函數執行完畢後，若是建立新進程成功，則出現兩個進程，一個是子進程，一個是父進程。在子進程中，fork函數返回0，在父進程中，fork返回新建立子進程的進程ID。咱們能夠經過fork返回的值來判斷當前進程是子進程仍是父進程。.net

    引用一位網友的話來解釋fpid的值爲何在父子進程中不一樣。「其實就至關於鏈表，進程造成了鏈表，父進程的fpid(p 意味point)指向子進程的進程id, 由於子進程沒有子進程，因此其fpid爲0.     fork出錯可能有兩種緣由：     1）當前的進程數已經達到了系統規定的上限，這時errno的值被設置爲EAGAIN。     2）系統內存不足，這時errno的值被設置爲ENOMEM。     建立新進程成功後，系統中出現兩個基本徹底相同的進程，這兩個進程執行沒有固定的前後順序，哪一個進程先執行要看系統的進程調度策略。     每一個進程都有一個獨特（互不相同）的進程標識符（process ID），能夠經過getpid（）函數得到，還有一個記錄父進程pid的變量，能夠經過getppid（）函數得到變量的值。    fork執行完畢後，出現兩個進程，unix

 

    有人說兩個進程的內容徹底同樣啊，怎麼打印的結果不同啊，那是由於判斷條件的緣由，上面列舉的只是進程的代碼和指令，還有變量啊。     執行完fork後，進程1的變量爲count=0，fpid！=0（父進程）。進程2的變量爲count=0，fpid=0（子進程），這兩個進程的變量都是獨立的，存在不一樣的地址中，不是共用的，這點要注意。能夠說，咱們就是經過fpid來識別和操做父子進程的。     還有人可能疑惑爲何不是從#include處開始複製代碼的，這是由於fork是把進程當前的狀況拷貝一份，執行fork時，進程已經執行完了int count=0;fork只拷貝下一個要執行的代碼到新的進程。htm

2、fork進階知識blog

    先看一份代碼：隊列

[cpp] view plain copy print ?
  1. /*
  2. *  fork_test.c
  3. *  version 2
  4. *  Created on: 2010-5-29
  5. *      Author: wangth
  6. */ 
  7. #include <unistd.h> 
  8. #include <stdio.h> 
  9. int main(void) 
  10. { 
  11.    int i=0; 
  12.    printf("i son/pa ppid pid  fpid/n"); 
  13.    //ppid指當前進程的父進程pid 
  14.    //pid指當前進程的pid, 
  15.    //fpid指fork返回給當前進程的值 
  16.    for(i=0;i<2;i++){ 
  17.        pid_t fpid=fork(); 
  18.        if(fpid==0) 
  19.            printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  20.        else 
  21.            printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  22.    } 
  23.    return 0; 
  24. } 

 

    運行結果是：     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     這份代碼比較有意思，咱們來認真分析一下：     第一步：在父進程中，指令執行到for循環中，i=0，接着執行fork，fork執行完後，系統中出現兩個進程，分別是p3224和p3225（後面我都用pxxxx表示進程id爲xxxx的進程）。能夠看到父進程p3224的父進程是p2043，子進程p3225的父進程正好是p3224。咱們用一個鏈表來表示這個關係：     p2043->p3224->p3225     第一次fork後，p3224（父進程）的變量爲i=0，fpid=3225（fork函數在父進程中返向子進程id），代碼內容爲：

[c-sharp] view plain copy print ?
  1. for(i=0;i<2;i++){ 
  2.     pid_t fpid=fork();//執行完畢，i=0，fpid=3225 
  3.     if(fpid==0) 
  4.        printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  5.     else 
  6.        printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  7. } 
  8. return 0; 

 

    p3225（子進程）的變量爲i=0，fpid=0（fork函數在子進程中返回0），代碼內容爲：

[c-sharp] view plain copy print ?
  1. for(i=0;i<2;i++){ 
  2.     pid_t fpid=fork();//執行完畢，i=0，fpid=0 
  3.     if(fpid==0) 
  4.        printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  5.     else 
  6.        printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); 
  7. } 
  8. return 0; 

 

    因此打印出結果：     0 parent 2043 3224 3225     0 child  3224 3225    0     第二步：假設父進程p3224先執行，當進入下一個循環時，i=1，接着執行fork，系統中又新增一個進程p3226，對於此時的父進程，p2043->p3224（當前進程）->p3226（被建立的子進程）。     對於子進程p3225，執行完第一次循環後，i=1，接着執行fork，系統中新增一個進程p3227，對於此進程，p3224->p3225（當前進程）->p3227（被建立的子進程）。從輸出能夠看到p3225原來是p3224的子進程，如今變成p3227的父進程。父子是相對的，這個你們應該容易理解。只要當前進程執行了fork，該進程就變成了父進程了，就打印出了parent。     因此打印出結果是：     1 parent 2043 3224 3226     1 parent 3224 3225 3227     第三步：第二步建立了兩個進程p3226，p3227，這兩個進程執行完printf函數後就結束了，由於這兩個進程沒法進入第三次循環，沒法fork，該執行return 0;了，其餘進程也是如此。     如下是p3226，p3227打印出的結果：     1 child     1 3227    0     1 child     1 3226    0     細心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進程難道不應是p3224和p3225嗎，怎麼會是1呢？這裏得講到進程的建立和死亡的過程，在p3224和p3225執行完第二個循環後，main函數就該退出了，也即進程該死亡了，由於它已經作完全部事情了。p3224和p3225死亡後，p3226，p3227就沒有父進程了，這在操做系統是不被容許的，因此p3226，p3227的父進程就被置爲p1了，p1是永遠不會死亡的，至於爲何，這裏先不介紹，留到「3、fork高階知識」講。     總結一下，這個程序執行的流程以下：

 

     這個程序最終產生了3個子進程，執行過6次printf（）函數。     咱們再來看一份代碼：

[cpp] view plain copy print ?
  1. /*
  2. *  fork_test.c
  3. *  version 3
  4. *  Created on: 2010-5-29
  5. *      Author: wangth
  6. */ 
  7. #include <unistd.h> 
  8. #include <stdio.h> 
  9. int main(void) 
  10. { 
  11.    int i=0; 
  12.    for(i=0;i<3;i++){ 
  13.        pid_t fpid=fork(); 
  14.        if(fpid==0) 
  15.            printf("son/n"); 
  16.        else 
  17.            printf("father/n"); 
  18.    } 
  19.    return 0; 
  20.  
  21. } 

 

     它的執行結果是：     father     son     father     father     father     father     son     son     father     son     son     son     father     son     這裏就不作詳細解釋了，只作一個大概的分析。     for        i=0         1           2               father     father     father                                         son                             son       father                                         son                son       father     father                                         son                             son       father                                         son     其中每一行分別表明一個進程的運行打印結果。     總結一下規律，對於這種N次循環的狀況，執行printf函數的次數爲2*（1+2+4+……+2N-1）次，建立的子進程數爲1+2+4+……+2N-1個。(感謝gao_jiawei網友指出的錯誤，本來個人結論是「執行printf函數的次數爲2*（1+2+4+……+2N）次，建立的子進程數爲1+2+4+……+2N 」，這是錯的)     網上有人說N次循環產生2*（1+2+4+……+2N）個進程，這個說法是不對的，但願你們須要注意。

    數學推理見http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（該博文的最後）。     同時，你們若是想測一下一個程序中到底建立了幾個子進程，最好的方法就是調用printf函數打印該進程的pid，也即調用printf("%d/n",getpid());或者經過printf("+/n");來判斷產生了幾個進程。有人想經過調用printf("+");來統計建立了幾個進程，這是不穩當的。具體緣由我來分析。     老規矩，你們看一下下面的代碼：

[cpp] view plain copy print ?
  1. /*
  2. *  fork_test.c
  3. *  version 4
  4. *  Created on: 2010-5-29
  5. *      Author: wangth
  6. */ 
  7. #include <unistd.h> 
  8. #include <stdio.h> 
  9. int main() { 
  10.     pid_t fpid;//fpid表示fork函數返回的值 
  11.     //printf("fork!"); 
  12.     printf("fork!/n"); 
  13.     fpid = fork(); 
  14.     if (fpid < 0) 
  15.         printf("error in fork!"); 
  16.     else if (fpid == 0) 
  17.         printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid()); 
  18.     else 
  19.         printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid()); 
  20.     return 0; 
  21. } 

 

    執行結果以下：     fork!     I am the parent process, my process id is 3361     I am the child process, my process id is 3362     若是把語句printf("fork!/n");註釋掉，執行printf("fork!");     則新的程序的執行結果是：     fork!I am the parent process, my process id is 3298     fork!I am the child process, my process id is 3299     程序的惟一的區別就在於一個/n回車符號，爲何結果會相差這麼大呢？     這就跟printf的緩衝機制有關了，printf某些內容時，操做系統僅僅是把該內容放到了stdout的緩衝隊列裏了,並無實際的寫到屏幕上。可是,只要看到有/n 則會當即刷新stdout,所以就立刻可以打印了。     運行了printf("fork!")後,「fork!」僅僅被放到了緩衝裏,程序運行到fork時緩衝裏面的「fork!」  被子進程複製過去了。所以在子進程度stdout緩衝裏面就也有了fork! 。因此,你最終看到的會是fork!  被printf了2次！！！！     而運行printf("fork! /n")後,「fork!」被當即打印到了屏幕上,以後fork到的子進程裏的stdout緩衝裏不會有fork! 內容。所以你看到的結果會是fork! 被printf了1次！！！！     因此說printf("+");不能正確地反應進程的數量。     你們看了這麼多可能有點疲倦吧，不過我還得貼最後一份代碼來進一步分析fork函數。

[cpp] view plain copy print ?
  1. #include <stdio.h> 
  2. #include <unistd.h> 
  3. int main(int argc, char* argv[]) 
  4. { 
  5.    fork(); 
  6.    fork() && fork() || fork(); 
  7.    fork(); 
  8.    return 0; 
  9. } 

 

    問題是不算main這個進程自身，程序到底建立了多少個進程。     爲了解答這個問題，咱們先作一下弊，先用程序驗證一下，到此有多少個進程。

[c-sharp] view plain copy print ?
  1. #include <stdio.h> 
  2. int main(int argc, char* argv[]) 
  3. { 
  4.    fork(); 
  5.    fork() && fork() || fork(); 
  6.    fork(); 
  7.    printf("+/n"); 
  8. } 

 

    答案是總共20個進程，除去main進程，還有19個進程。     咱們再來仔細分析一下，爲何是還有19個進程。     第一個fork和最後一個fork確定是會執行的。     主要在中間3個fork上，能夠畫一個圖進行描述。     這裏就須要注意&&和||運算符。     A&&B，若是A=0，就沒有必要繼續執行&&B了；A非0，就須要繼續執行&&B。     A||B，若是A非0，就沒有必要繼續執行||B了，A=0，就須要繼續執行||B。     fork()對於父進程和子進程的返回值是不一樣的，按照上面的A&&B和A||B的分支進行畫圖，能夠得出5個分支。

   

     加上前面的fork和最後的fork，總共4*5=20個進程，除去main主進程，就是19個進程了。

3、fork高階知識

        這一塊我主要就fork函數講一下操做系統進程的建立、死亡和調度等。由於時間和精力限制，我先寫到這裏，下次找個時間我爭取把剩下的內容補齊。

 

 

 

參考資料：

 

      http://blog.csdn.net/dog_in_yellow/archive/2008/01/13/2041079.aspx

      http://blog.chinaunix.net/u1/53053/showart_425189.html

      http://blog.csdn.net/saturnbj/archive/2009/06/19/4282639.aspx

      http://www.cppblog.com/zhangxu/archive/2007/12/02/37640.html

      http://www.qqread.com/linux/2010/03/y491043.html

      http://www.yuanma.org/data/2009/1103/article_3998.htm

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