Linux中fork()函数创建子线程的理解

本文通过一个简单的C语言示例,详细解析了fork函数的工作原理及如何创建子进程。演示了父进程与子进程的区别,并展示了如何获取进程标识符(PID)。

1.示例代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {

	/*此时只有一个进程*/
	pid_t child_pid;

    /*此时已经有两个进程*/
	child_pid = fork();
    /**
     * 若子线程创建失败fork()函数返回-1
     * 若子线程创建成功fork()函数返回0
     */
    if(child_pid == -1){

    	printf("Create Process Failed !\n");

    }else if(child_pid == 0){

         printf("Child Process with ID %d !\n",getpid());//此时的getpid()输出的是执行该句话的进程, 也就是fork()创建的子进程的pid

    }else{
    	//此时的getpid()输出的是主进程的pid, chid_pid对应的是主线程创建的子线程的pid
        printf("Parent Process with ID %d , Child Process with ID %d!\n",getpid(),child_pid);
    }

	return 0;
}
 输出结果

Parent Process with ID 2911 , Child Process with ID 2916!
Child Process with ID 2916 !

2.理解分析

     1.在chilid_pid = fork() 之前,只有一个线程在执行,但在这条这条语句执行之后,就变成了连个进程在执行了,这两个进程的共享代码段是fork()函数之后的代码, 两个进程都将会分别执行fork()函数之后代码,将要执行的下一句代码都是if(child_pid == -1)。

    2.两个进程中,原来就存在的那个进程被称为“父进程”,新出现的那个进程被称为“子进程”,父子进程之间的区别在于进程标识符(PID)不同。

    3. 

         child_pid = fork();

         若子线程创建失败fork()函数返回-1,child_pid =-1;
         若子线程创建成功fork()函数返回0,child_pid =0.

    4.若没有两个线程同时执行则不可能有上述的输出结果

<think> 嗯,用户这次的问题是关于fork函数创建子进程是否属于并发操作。从对话历史看,用户之前已经深入了解了fork的源码实现和机制,现在转向了并发性的探讨,说明ta的学习路径是从底层实现逐步过渡到行为特性。 用户可能正在学习操作系统或Linux系统编程,需要明确并发和并行的概念区别。ta提供的四个引用中,[1][2]提到子进程独立运行,[4]的代码展示了父子进程同时输出,这些都在暗示并发性。但用户需要理论确认。 关于并发定义,需要强调三点核心:1) 时间重叠性(宏观同时运行)2) 调度独立性 3) 资源竞争可能。fork完全符合:内核调度器独立管理父子进程,它们的时间片可能重叠(单核并发)或并行(多核),且共享文件描述符等资源可能引发竞争。 要特别注意用户可能混淆的概念点:1) fork本身是同步系统调用 2) 子进程创建后立即进入并发状态 3) vfork的阻塞行为不在此讨论范围。这些在回答中需要用对比方式澄清。 代码示例选择很关键,用户引用[4]的示例有内存地址展示,可以复用但需简化,重点突出printf交替输出。同时补充waitpid的用法,因为用户之前的引用都没涉及进程同步,这可能是ta的下个问题。 最后生成的问题要延续知识链:1) 调度机制(承接并发)2) 资源共享(风险)3) 同步方法(解决方案)。这样形成完整学习闭环。 </think> 在Linux C环境下,**`fork()`函数创建的子进程属于并发操作**。以下是关键解析: --- ### 一、并发操作的判定依据 1. **执行独立性** 父子进程拥有独立的地址空间和资源,由内核调度器**独立调度执行**。 示例代码(基于引用[4]修改): ```c #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main() { pid_t pid = fork(); if (pid > 0) { // 父进程 printf("Parent PID=%d\n", getpid()); } else if (pid == 0) { // 子进程 printf("Child PID=%d\n", getpid()); } sleep(1); return 0; } ``` **输出可能**: ``` Parent PID=1234 Child PID=1235 ``` 或 ``` Child PID=1235 Parent PID=1234 ``` **输出顺序不确定**,证明调度器独立控制进程执行顺序[^2][^4]。 2. **资源分配机制** - 子进程复制父进程的代码段、数据段等资源(引用[1][2]) - 通过**写时复制(COW)** 延迟物理内存复制,仅当修改时触发复制 - 父子进程的文件描述符表独立但**共享打开的文件句柄**(需同步控制) 3. **调度器行为** - 创建成功后,父子进程均被加入**就绪队列** - 内核调度器根据时间片轮流执行二者(单核CPU交替运行,多核CPU可能并行) --- ### 二、并发性核心特征 | **特征** | **说明** | |------------------|--------------------------------------------------------------------------| | 时间重叠性 | 父子进程执行时间片可能重叠(宏观“同时运行”) | | 执行不确定性 | 调度顺序由内核决定,无法预知父子进程谁先结束 | | 资源共享与竞争 | 共享打开文件、信号量等资源,需通过进程间通信(IPC)同步[^1] | | 独立性保障 | 内存修改通过COW隔离,一方的崩溃不影响另一方[^2] | --- ### 三、与并行操作的区别 | **场景** | **并发** | **并行** | |----------------|-----------------------------------|------------------------| | 单核CPU | ✅ 时间片轮转交替执行 | ❌ 无法真正同时运行 | | 多核CPU | ✅ 可能被调度到不同核心同时运行 | ✅ 真正物理并行 | | 调度依赖 | 依赖内核调度器 | 依赖硬件多核心 | > 📌 **关键结论**:`fork()`创建的进程总是**并发**的,在多核CPU上可能进一步实现**并行**。 --- ### 四、典型并发问题示例 ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> int counter = 0; // 共享全局变量 int main() { pid_t pid = fork(); for (int i=0; i<3; i++) { if (pid == 0) { // 子进程 counter += 2; printf("Child: counter=%d\n", counter); } else { // 父进程 counter++; printf("Parent: counter=%d\n", counter); } } return 0; } ``` **可能的输出**: ``` Parent: counter=1 Child: counter=3 Parent: counter=4 Child: counter=6 Parent: counter=5 Child: counter=8 ``` **结果不确定性**源于调度器对进程的交替执行,且父子进程的`counter`因COW机制**实际独立**(修改后物理内存分离)[^2][^4]。 --- ### 五、需要同步的场景 当进程共享资源时(如文件、共享内存),必须同步: ```c // 文件写入冲突示例 if (pid == 0) { write(fd, "Child\n", 6); // 可能被父进程写入打断 } else { write(fd, "Parent\n", 7); } ``` **解决方案**:使用信号量、文件锁等IPC机制[^1]。 --- ### 总结 1. **并发性本质**:`fork()`通过内核调度器实现父子进程**执行时间重叠** 2. **隔离机制**:COW保证内存修改安全隔离 3. **资源风险**:共享资源(文件、网络连接等)需显式同步 4. **性能影响**:进程创建开销远大于线程,高并发场景慎用 > 通过`ps -ef`命令可观察父子进程**同时存在**的状态,直观验证并发性[^3]。
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