函数fork vfork

一、函数fork

fork函数原型:

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

 

二、程序清单

1. 测试代码:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <iostream>
using namespace std;

static int global_val = 0;
int main()
{
    int *p = (int*)malloc(sizeof(int));
    *p = 0;
    int m = 2;
    pid_t pid;
    int fd = open("mytest", O_RDWR | O_CREAT, 0666);
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        cout << "fork error" << endl;
    }
    else 
    {
        if (pid == 0)
        {
            char buf[20] = "\0";
            int res = read(fd, buf, 20);
            cout << "pid is " << getpid() << " res is " << res << " fd is " << fd << " buf is " << buf << endl;
            close(fd);
            //sleep(1);
            char bufs[8] = "shenlei";
            lseek(fd, 0, SEEK_SET);
            write(fd, bufs, strlen(bufs));
            global_val++;
            m++;
            (*p)++;
        }
        else 
        {
            sleep(1);
            char buf[20] = "\0";
            lseek(fd, 0, SEEK_SET);
            int res = read(fd, buf, 20);
            cout << "pid is " << getpid() << " res is " << res << " fd is " << fd << " buf is " << buf << endl;
            cout << *p << " " << m << " " << global_val << endl;
        }
    }
    return 0;
}
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    
    for(int i = 0; i < 4; ++i)
        printf("--------i = %d\n", i);
    pid = fork();
    if(pid > 0) 
        printf("parent process, pid = %d\n", getpid());
    else if(pid == 0)
        printf("child process, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
    for(int i = 0; i < 4; ++i)
        printf("i = %d\n", i);
    return 0;
}

输出结果:

 

2. 测试代码:

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

int counter = 200;
int main()
{
    int number = 5;
        int i;
    pid_t pid;
    for(i  = 0; i < number; ++i) {
        pid = fork();
        if(pid == 0) {
            break;
        }
    }
    if(i == 0){
        counter += 200;
        printf("first process, pid = %d\n", getpid());
        printf("-----couner = %d\n", counter);
    }
    if(i == 1){
    counter += 200;
    printf("second process, pid = %d\n", getpid());
    printf("-----couner = %d\n", counter);
    }
    if(i == 2){
    counter += 200;
    printf("thrid process, pid = %d\n", getpid());
    printf("-----couner = %d\n", counter);
    }
    if(i == number){
        sleep(3);
    counter += 400;
    printf("parent process, pid = %d\n", getpid());
    printf("-----couner = %d\n", counter);
    }
    return 0;
}

输出结果:

3. 测试代码:

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

int main()
{
	int i;
	pid_t pid;
	printf("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx\n");
	
	for(i = 0; i < 5; ++i) {
		pid = fork();
		if(pid == -1) {
			perror("fork error:");
			exit(1);
		} else if(pid == 0) {
			break;
		}
	}
	
	if(i < 5) {
		sleep(i);
		printf("I'am %d child, pid = %d\n", i+1, getpid());
	} else {
		sleep(i);
		printf("I'am parent\n");
	}
	return 0;
}

输出结果:

 

三、父子进程共享

父子进程之间在fork后,有哪些相同,有哪些相异之处呢?

刚fork之后:

父子相同处:全局变量、.data、.text、栈、堆、环境变量、用户ID、宿主ID(家目录)、进程工作目录、信号处理方式
父子不同处:进程ID、fork返回值、父进程ID、进程运行时间、闹钟(定时器)、未决信号集

似乎,子进程复制了父进程0-3G用户空间内容,以及父进程的PCB、但pid不同,真的每fork一个进程都要将父进程完全程的0-3G地址空间完全拷贝一份,然后在映射至物理内存吗?

当然不是!父子进程间遵循读时共享写时复制的原则,这样设计,无论子进程执行父进程的逻辑还是执行自己的逻辑都能节省内存开销。

重点注意:躲避父子进程共享全局变量的知识误区!

【重点】:父子进程共享:1. 文件描述符(打开文件的结构体)  2. mmap建立的映射区

 

1. 测试代码:

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

int var = 24;

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(1);
    } else if(pid > 0) {
        var = 55;
                sleep(1);
        printf("I'am parent pid = %d, parent ID = %d, var = %d\n", getpid(), getppid(), var);
    } else if(pid == 0) {
        var = 100;
        printf("child pid = %d, parent ID = %d, var = %d\n", getpid(), getppid(), var);
    }
    printf(" var = %d\n", var);    
    return 0;
}

输出结果:

`fork()` 和 `vfork()` 都是 Unix/Linux 系统提供的系统调用,用于创建新进程。尽管它们的功能类似,但在实际应用中有显著的区别。 ### 1. **fork()** - **功能**:`fork()` 创建当前运行进程的一个副本(即子进程),父子进程完全独立。 - **内存管理**:父子进程拥有各自的虚拟地址空间,并且会复制父进程的所有数据段、堆栈等资源到子进程中(但实际上由于“写时拷贝”机制的存在,在真正修改之前不会立即进行物理内存的复制)。 - **使用场景**:适合需要完整分离出一个独立的新环境的情况。 #### 示例代码: ```c #include <unistd.h> #include <stdio.h> int main(){ pid_t pid = fork(); if(pid ==0){ printf("Child Process\n"); } else{ wait(NULL); //等待子进程结束 printf("Parent Process\n"); } return 0; } ``` ### 2. **vfork()** - **功能**:同样用于生成一个新的进程,但它不同于普通的 `fork()` 调用之处在于它并不克隆整个父进程的数据区给子进程。 - **共享特性**:通过借用父进程的地址空间直到子进程调用了 `exec*` 函数族或者退出前完成其工作为止;因此在这段时间内不允许对全局变量做任何形式上的更改以防破坏父进程状态。 - **限制条件**: 子进程必须尽快执行 exec 或 exit 操作以避免影响父亲程序的行为模式。 #### 示例代码: ```c #include <unistd.h> #include <stdio.h> int global_variable; int main(){ pid_t pid = vfork(); if (pid == 0) { execl("/bin/sh", "sh", NULL); } _exit(0); return 0; } ``` 需要注意的是现代操作系统中推荐尽量少地直接使用 `vfork()`, 因为其存在较多潜在风险并且容易引发错误.
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