Linux之fork函数

    一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

    在fork之后，执行之前两个进程用的是相同的物理空间（内存区），子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间，也就是说，两者的虚拟空间不同，但其对应的物理空间是同一个。当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间，如果不是因为数据改变，内核会给子进程的数据段、堆栈段分配相应的物理空间（至此两者有各自的进程空间，互不影响），而代码段继续共享父进程的物理空间（两者的代码完全相同）。而如果是因为执行中，由于两者执行的代码不同，子进程的代码段也会分配单独的物理空间。　fork子进程完全复制父进程的栈空间，也复制了页表，但没有复制物理页面，所以这时虚拟地址相同，物理地址也相同，但是会把父子共享的页面标记为“只读”（类似mmap的private的方式），如果父子进程一直对这个页面是同一个页面，知道其中任何一个进程要对共享的页面“写操作”，这时内核会复制一个物理页面给这个进程使用，同时修改页表。而把原来的只读页面标记为“可写”，留给另外一个进程使用。即CopyOnWrite。　

一个进程调用fork()函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

　　我们来看一个例子：　　

<span style="font-size:12px;">/*
　　* fork_test.c
　　* version 1
　　* Created on: 2010-5-29
　　* Author: wangth
　　*/
　　#include
　　#include
　　int main ()
　　{
　　pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
　　int count=0;
　　fpid=fork();
　　if (fpid < 0)
　　printf("error in fork!");
　　else if (fpid == 0) {
　　printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());
　　printf("我是儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。
　　count++;
　　}
　　else {
　　printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
　　printf("我是爹/n");
　　count++;
　　}
　　printf("统计结果是： %d/n",count);
　　return 0;
　　}</span>

　　运行结果是：

　　i am the child process, my process id is 5574

　　我是儿子

　　统计结果是： 1

　　i am the parent process, my process id is 5573

　　我是爹

　　统计结果是： 1

　　在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……

　　为什么两个进程的fpid不同呢，这与fork函数的特性有关。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，它可能有三种不同的返回值：

　　1)在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID;

　　2)在子进程中，fork返回0;

　　3)如果出现错误，fork返回一个负值;

　　在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

　　fork出错可能有两种原因：

　　1)当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。

　　2)系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

　　创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。

　　每个进程都有一个独特(互不相同)的进程标识符(process ID)，可以通过getpid()函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid()函数获得变量的值。

　　执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid!=0(父进程)。进程2的变量为count=0，fpid=0(子进程)，这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。

　　二、fork进阶知识

　　先看一份代码：　

<span style="font-size:12px;">/*
　　* fork_test.c
　　* version 2
　　* Created on: 2010-5-29
　　* Author: wangth
　　*/
　　#include
　　#include
　　int main(void)
　　{
　　int i=0;
　　printf("i son/pa ppid pid fpid/n");
　　//ppid指当前进程的父进程pid
　　//pid指当前进程的pid,
　　//fpid指fork返回给当前进程的值
　　for(i=0;i<2;i++){
　　pid_t fpid=fork();
　　if(fpid==0)
　　printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　else
　　printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　}
    return 0;
}</span>

　　运行结果是：

　　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

　　这份代码比较有意思，我们来认真分析一下：

　　第一步：在父进程中，指令执行到for循环中，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，分别是p3224和p3225(后面我都用 pxxxx表示进程id为xxxx的进程)。可以看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系：

　　p2043->p3224->p3225

　　第一次fork后，p3224(父进程)的变量为i=0，fpid=3225(fork函数在父进程中返向子进程id)，代码内容为：

<span style="font-size:12px;">for(i=0;i<2;i++){
　　pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=3225
　　if(fpid==0)
　　printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　else
　　printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　}
　　return 0;</span>

　　p3225(子进程)的变量为i=0，fpid=0(fork函数在子进程中返回0)，代码内容为：　　

<span style="font-size:12px;">for(i=0;i<2;i++){
　　pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=0
　　if(fpid==0)
　　printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　else
　　printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid()，getpid()，fpid);
　　}
　　return 0;</span>

　　所以打印出结果：

　　0 parent 2043 3224 3225

　　0 child 3224 3225 0

　　第二步：假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时，i=1，接着执行fork，系统中又新增一个进程p3226，对于此时的父进程，p2043->p3224(当前进程)->p3226(被创建的子进程)。

　　对于子进程p3225，执行完第一次循环后，i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，对于此进程，p3224->p3225(当前进程)->p3227(被创建的子进程)。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。