fork()

本文深入解析了UNIX系统中fork()函数的功能与实现机制。详细介绍了fork()如何通过复制当前进程来创建子进程,并探讨了子进程如何继承父进程的资源及状态信息。此外,还讨论了fork()在实际应用中的常见场景。

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fork()的功能:复制一份原来的进程(韩浩)


《现代操作系统(第3版)》第2章的第2.1.2小节的第49面的解释:

在UNIX系统中。。。


https://segmentfault.com/q/1010000000779355

当执行fork()函数的时候,到底发生了什么

fork函数是unix系统中实现多进程的一个基本函数,它看起来非常特殊。首先它创建了一个或多个自身进程的自进程,并且继承了当前进程的上下文资源。

这一个过程具体是怎么完成的?它是如何做到多个进程同时监听一个资源的,比如有一个tcp连接进来,那么到底应该是哪个子进程去响应这个请求呢?如果子进程再次fork自己会发生什么,可以不停这样下去吗?


先说一下fork,fork会生成一个和当前进程相同的副本,称为子进程。原进程的所有资源都以适当的方式复制到子进程,因此该系统调用之后,原来的进程就有了两个独立的实例。这两个实例的联系包括:同一组打开文件、同样的工作目录、内存中同样的数据(两个进程各有一份副本)。当然Linux使用了copy on write,也就是说只有新的进程对内存页执行write操作的时候才会复制内存页面。

具体如何完成:
首先要了解一下task_struct这个数据结构。Linux内核很多涉及进程的部分都围绕这个数据结构(数据结构定义在include/sched.h中,有兴趣去看一下)。数据结构里面的成员非常多,下面会按照几个部分介绍一下。

  1. 状态和执行信息,如待决信号、使用的二进制格式(和其他系统二进制格式的任何仿真信息)、进程ID号(pid)、到父进程及其他有关进程的指针、优先级和程序执行有关的时间信息(例如CPU时间)。
  2. 有关已经分配的虚拟内存的信息。
  3. 进程身份凭据,如用户ID、组ID以及权限等。可使用系统调用查询(或修改)这些数据。
  4. 使用的文件包含程序代码的二进制文件,以及进程所处理的所有文件的文件系统信息,这些都必须保存下来。
  5. 线程信息记录该进程特定于CPU的运行时间数据(该结构的其余字段与所使用的硬件无关)。
  6. 在与其他应用程序协作时所需的进程间通信有关的信息。
  7. 该进程所用的信号处理程序,用于响应到来的信号。

fork之后,操作系统会copy当前进程的task_struct机构体,除了id号不一样之外,其余完全一样。fork之后如果没有调用exec(),那么仅仅只是生成多个当前的进程,提升并发的能力,比如说nginx。nginx的进程都是master进程fork出来的,所以他们有相同的监听句柄。至于是哪个worker进程去响应,nginx有自己的竞争方式。

最后关于子进程fork自己会发生什么。请看下图:


linux启动时候只有一个init进程,剩下的题主自行理解。





linux中fork()函数详解(原创!!实例讲解)

每天进步一点点——论fork()函数与Linux中的多线程编程

fork()函数的简单实例

fork(百度百科)

从一道面试题谈linux下fork的运行机制

关于linux下fork()的底层实现(详解)

linux内核分析之fork()













### Fork 的概念及其在编程和版本控制中的应用 #### 编程中的 Fork `fork()` 是 Unix 和类 Unix 操作系统中用于创建新进程的一个重要函数。调用 `fork()` 函数时,当前进程会复制自己并生成一个新的子进程[^1]。这个过程可以被描述为:父进程通过调用 `fork()` 创建了一个几乎完全相同的副本——即子进程。父子进程之间的主要区别在于它们的 PID(Process ID),以及返回值的不同。 - **返回值** - 对于父进程而言,`fork()` 返回的是子进程的 PID。 - 子进程中,`fork()` 则返回 0。 - 如果发生错误,则返回 `-1` 表示失败。 下面是一个简单的 C 代码示例展示如何使用 `fork()`: ```c #include <stdio.h> #include <unistd.h> int main() { pid_t pid = fork(); // 调用 fork() if (pid == 0) { printf("Child Process: My PID is %d\n", getpid()); } else if (pid > 0){ printf("Parent Process: Child's PID is %d\n", pid); } else { perror("Fork failed"); } return 0; } ``` 此程序展示了基本的父子进程关系,并打印各自的 PID 值来区分两者。 需要注意的是,在某些硬件环境下实现高效内存分配存在困难的情况下,标准 POSIX 定义还提供了像 `vfork()` 这样的替代方案作为补充选项之一[^3]。 #### 版本控制系统中的 Fork 另一方面,“fork”一词也广泛应用于软件开发领域特别是基于 Git 或其他分布式版本控制系统的工作流程里。“Forking repository”指的是开发者从原始仓库派生出自己的独立分支来进行修改或者实验而不影响原项目[^2]。这种做法常见于开源协作模式下当个人希望提交补丁给上游维护者之前先在一个分离的空间完成初步工作后再发起 pull request 请求合并更改到官方主线之中去。 例如,在 GitHub 平台上执行如下操作即可轻松获得一份属于您自己的远程拷贝以便自由编辑而无需担心破坏源码库结构: 1. 访问目标存储库页面; 2. 单击右上方 “Fork” 按钮; 3. 自动跳转至您的账户下的克隆版地址链接处; 之后就可以按照常规方式 clone 下载下来本地继续后续处理步骤啦! 总结起来看,无论是操作系统层面还是现代互联网服务架构设计思路当中都离不开对资源隔离机制的研究探讨,而这其中就包含了我们今天所提到这两个不同维度却同样重要的技术知识点:“fork”。
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