C函數篇(fork函數)

時間 2019-11-17

標籤函數 fork 欄目 C&C++ 简体版

原文原文鏈接

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

 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     }

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；函數

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。spa

    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，操作系統

    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。.net

2、fork進階知識unix

先看一份代碼：code

 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： htm

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：

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：

 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+……+2^N-1）次，建立的子進程數爲1+2+4+……+2^N-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+……+2^N）次，建立的子進程數爲1+2+4+……+2^N」，這是錯的)
    網上有人說N次循環產生2*（1+2+4+……+2^N）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：

 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。

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。

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