fork() 函数在父进程和子进程中返回两个不同值是怎么实现的？

先看测试代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        // fork失败
        perror("fork failed");
        return 1;
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程中
        printf("Parent process: PID = %d, Child PID = %d\n", getpid(), pid);
    } else {
        // 子进程中
        printf("Child process: PID = %d\n", getpid());
    }
    return 0;
}

fork函数在父进程中返回值为子进程号（pid>0）,在子进程中返回值为0

实现原理

直到看了linux内核源码后才搞明白了这些问题，fork系统调用在父进程复制出一个子进程，父进程和子进程的PCB信息相同，用户态代码和数据也相同。fork 之后的代码父子进程都会执行,即代码段指向(PC寄存器)是一样的.实际上fork只被父进程调用了一次,子进程并没有执行fork函数,但是却获得了一个返回值,pid == 0,这个非常重要。

_sys_fork:                         //fork的底层汇编代码，对应的c函数调用是sys_fork
	call _find_empty_process
	testl %eax,%eax					//eax中是PID
	js 1f							//结果为负则转移
	push %gs
	pushl %esi
	pushl %edi
	pushl %ebp
	pushl %eax
	call _copy_process
	addl $20,%esp
1:	ret

int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
		long ebx,long ecx,long edx,
		long fs,long es,long ds,
		long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss)
{ //这些参数是int 0x80、system_call sys_fork多次累计压栈的结果，顺序是完全一致的。
	struct task_struct *p;
	int i;
	struct file *f;
	//在16MB内存的最高端获取一页，用于进程的task_struct及内核栈,这部分地址在内核空间，用户程序不能访问
	p = (struct task_struct *) get_free_page();   //get_free_page从主内存的末端开始向低地址递进。
	if (!p)
		return -EAGAIN;
	task[nr] = p;   //此时的nr就是1,nr是新申请的task中可用的槽位号
	*p = *current;	/* NOTE! this doesn't copy the supervisor stack 只复制了task_struct,并未将4KB都复制，即进程0的内核栈并未复制*/
	p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;  //还没设置好，此时不能被调度
	p->pid = last_pid;
	p->father = current->pid;
	p->counter = p->priority;
	p->signal = 0;
	p->alarm = 0;
	p->leader = 0;		/* process leadership doesn't inherit */
	p->utime = p->stime = 0;
	p->cutime = p->cstime = 0;
	p->start_time = jiffies;
	p->tss.back_link = 0;                //开始设置子进程tss
	p->tss.esp0 = PAGE_SIZE + (long) p;	 //esp0是内核栈指针
	p->tss.ss0 = 0x10;					 //0x10就是10000,0特权级，GDT,数据段
	p->tss.eip = eip;					 //是int  0x80压栈的，指向的是:if(_res>=0)
	p->tss.eflags = eflags;
    p->tss.eax = 0;						//返回值，所以在子进程中的for返回值是0 
	p->tss.ecx = ecx;
	p->tss.edx = edx;
	p->tss.ebx = ebx;
	p->tss.esp = esp;
	p->tss.ebp = ebp;
	p->tss.esi = esi;
	p->tss.edi = edi;
	p->tss.es = es & 0xffff;
	p->tss.cs = cs & 0xffff;
	p->tss.ss = ss & 0xffff;
	p->tss.ds = ds & 0xffff;
	p->tss.fs = fs & 0xffff;
	p->tss.gs = gs & 0xffff;
	p->tss.ldt = _LDT(nr);
	p->tss.trace_bitmap = 0x80000000;
	if (last_task_used_math == current)
		__asm__("clts ; fnsave %0"::"m" (p->tss.i387));
	if (copy_mem(nr,p)) {    //设置子进程的代码段、数据段及创建、复制子进程的第一个页表
		task[nr] = NULL;
		free_page((long) p);
		return -EAGAIN;
	}
	for (i=0; i<NR_OPEN;i++)	//下面将父进程相关属性的引用计数加1，表明父子进程共享文件
		if (f=p->filp[i])
			f->f_count++;
	if (current->pwd)
		current->pwd->i_count++;
	if (current->root)
		current->root->i_count++;
	if (current->executable)
		current->executable->i_count++;
	set_tss_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_TSS_ENTRY,&(p->tss)); //在GDT中设置tss和ldt
	set_ldt_desc(gdt+(nr<<1)+FIRST_LDT_ENTRY,&(p->ldt));
	p->state = TASK_RUNNING;	/* do this last, just in case */
	return last_pid;
}

p->tss.eax = 0;这行代码，将子进程的返回值设置为0
return last_pid；这行代码向父进程返回子进程的pid。