python中fork()函数生成子进程分析

本文探讨了在Python中使用os模块的fork()函数创建子进程的过程。fork()函数返回的值用于区分父进程和子进程,0表示子进程,大于0的整数表示父进程的PID。当子进程生成失败时,返回值为负数。在子进程中,输出自身的ID和父进程ID;在父进程中,获取并输出父进程和子进程的ID。值得注意的是,子进程和父进程的执行顺序依赖于操作系统的调度策略,是不确定的。
         python的os module中有fork()函数用于生成子进程,生成的子进程是父进程的镜像,但是它们有各自的地址空间,子进程复制一份父进程内存给自己,两个进程之间的执行是相互独立的,其执行顺序可以是不确定的、随机的、不可预测的,这点与多线程的执行顺序相似。  
import os

def child():
    print 'A new child:', os.getpid()
    print 'Parent id is:', os.getppid()
    os._exit(0)

def parent():
    while True:
        newpid=os.fork()
        print newpid
        if newpid==0:
            child()
        else:
            pids=(os.getpid(),newpid)
            print "parent:%d,child:%d"%pids
            print "parent parent:",os.getppid()       
        if raw_input()=='q':
            break

parent()

       在我们加载了os模块之后,我们parent函数中fork()函数生成了一个子进程,返回值newpid有两个,一个为0,用以表示子进程,一个是大于0的整数,用以表示父进程,这个常数正是子进程的pid. 通过print语句我们可以清晰看到两个返回值。如果fork()返回值是一个负值,则表明子进程生成不成功(这个简单程序中没有考虑这种情况)。如果newpid==0,则表明我们进入到了子进程,也就是child()函数中,在子进程中我们输出了自己的id和父进程的id。如果进入了else语句,则表明newpid>0,我们进入到父进程中,在父进程中os.getpid()得到自己的id,fork()返回值newpid表示了子进程的id,同时我们输出了父进程的父进程的id. 通过实验我们可以看到if和else语句的执行顺序是不确定的,子、父进程的执行顺序由操作系统的调度算法来决定。

### Python 中 `fork` 函数的用法 在 Unix 和类 Unix 系统中,`fork()` 是一种常见的系统调用来创建新的进程。通过该函数,可以生成一个与当前进程几乎完全相同的子进程[^1]。 #### 基本原理 当调用 `fork()` 时,操作系统会复制当前进程的状态并为其分配一个新的 PID(进程 ID)。随后,父子进程分别继续执行 `fork()` 后面的代码。需要注意的是,`fork()` 的返回值区分了父进程和子进程的行为: - **对于父进程**,`fork()` 返回子进程的 PID。 - **对于子进程**,`fork()` 返回 0。 - 如果 `fork()` 调用失败,则返回 -1 并设置错误码 `errno`[^3]。 以下是具体的使用方法以及示例: --- ### 示例代码 以下是一个简单的例子,展示如何使用 `os.fork()` 创建子进程,并让父子进程分别打印不同的消息。 ```python import os import sys def main(): pid = os.fork() # 调用 fork() if pid < 0: # 检查 fork 是否成功 print("Fork failed", file=sys.stderr) sys.exit(1) elif pid == 0: # 子进程逻辑 print(f"I am the child process, my PID is {os.getpid()}") else: # 父进程逻辑 print(f"I am the parent process, my PID is {os.getpid()}, and my child's PID is {pid}") if __name__ == "__main__": main() ``` 在这个程序中: - 当 `os.fork()` 成功时,它会在父进程中返回子进程的 PID,在子进程中返回 0。 - 父子进程各自独立运行其后续代码[^1]。 --- ### 关于子进程退出 为了防止僵尸进程的产生,通常需要确保子进程正确退出。可以通过调用 `_exit()` 或其他方式终止子进程的生命周期。例如: ```python import os import time def main(): pid = os.fork() if pid == 0: # 子进程 print(f"Child Process (PID={os.getpid()}) doing some work...") time.sleep(2) # 模拟工作 os._exit(0) # 正确退出子进程 else: # 父进程 print(f"Parent Process (PID={os.getpid()}). Waiting for child to finish.") _, status = os.wait() # 等待子进程结束 print(f"Child exited with status {status >> 8}") if __name__ == "__main__": main() ``` 在此示例中,`os.wait()` 方法被用于等待子进程完成,从而回收其资源并避免僵尸进程的发生[^2]。 --- ### 扩展应用:守护进程 除了基本的父子进程模型外,`fork()` 还常用于创建 Linux 守护进程。下面是一段简化版的守护化进程实现代码: ```python import os import sys def daemonize(stdin='/dev/null', stdout='/dev/null', stderr='/dev/null'): try: pid = os.fork() # 第一次 fork if pid > 0: sys.exit(0) # 终止父进程 except OSError as e: sys.stderr.write(f"Fork Failed: {e}\n") sys.exit(1) os.chdir("/") # 修改工作目录到根目录 os.setsid() # 设置新会话 os.umask(0) # 更改文件权限掩码 try: pid = os.fork() # 第二次 fork if pid > 0: sys.exit(0) # 终止中间层进程 except OSError as e: sys.stderr.write(f"Fork Failed: {e}\n") sys.exit(1) si = open(stdin, 'r') so = open(stdout, 'a+') se = open(stderr, 'a+') os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno()) os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno()) os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno()) daemonize('/dev/null', '/tmp/daemon_stdout.log', '/tmp/daemon_stderr.log') print("Daemon started.") # 输出会被重定向至指定日志文件 ``` 此代码展示了双叉技术(double-fork technique),这是构建可靠守护进程的标准做法之一[^5]。 ---
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