【Linux】——进程创建fork()详解

本文详细介绍了Linux中的fork()函数,包括其作用、特性,如父子进程关系、返回值、并发执行情况、存储空间拷贝,特别是重点讨论了写时拷贝策略。此外,还通过实例分析了fork()在程序执行中的行为和内存管理。

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一、fork()作用

我们都知道fork可以用于进程的创建,那首先我们来了解一下fork函数原型和基本的两种用法才真正的了解我们何时才会用到fork来进行进程的创建
1、fork函数原型
fork()函数 需要引入头文件#include<unistd.h>,fork函数原型为:

pid_t fork(void)

参数含义:无参传入,返回pid_t类型的数值。pid_t 的实质是int类型的。

2、用法一

一个父进程希望复制自己,使父、子进程同时执行不同的代码段。
这在网络服务进程中是最常见的一种处理,父进程等待客户端的服务请求,当达到请求到达时,父进程调用fork,使子进程处理此请求。父进程则等待下一个服务请求到达。

3、用法二
一个进程要执行一个不同的程序
这个用法对shell是常见的情况。在这种情况下,子进程从fork返回后立即调用exec。此概念我会在后续的博文中持续更新。
【注意】
在某些操作系统中会把fork和exec这两个操作组合成一个,并称其为spawn。
但是在UNIX系统中是将两个操作分开的,因为在很多场合需要单独使用fork,后面不跟随exec操作,使得子进程在这两个操作之间可以更改自己的属性,例如I/O重定向,用户ID、信号安排等等。

二、fork()特性

1、父子进程之间的关系

  • 当我们执行fork函数时用fork()函数生成一个进程,调用fork函数的进程为父进程,新生成的进程为子进程,可以理解为复制一份一样的代码;

  • 创建后父子进程是两个独立的进程,各自拥有一份代码。fork()方法调用之后,父,子进程都从fork()调用之后的代码开始运行。

他们的关系如下图所示:
在这里插入图片描述
【举个栗子】父子进程之间的关系验证
具体代码实现如下:

int main()
{
   
	pid_t n = fork();
	assert(-1 != n);

	if(0 == n)
	{
   
		printf("Hello: mypid = %d,  myppid = %d\n", getpid(), getppid());
	}
	else
	{
   
		sleep(1);  // 保证新进程先执行完
		printf("World: n = %d, mypid = %d\n", n, getpid());
	}

	
	exit(0);
}

运行结果如下:
在这里插入图片描述

2、父子进程返回情况

  • fork函数被调用一次,但是返回两次
  • 子进程返回的是0,而父进程返回值则是新子进程的进程ID

【注意】父进程返回值是新进程的进程ID
因为一个进程的子进程可以有多个,并且没有一个函数是一个进程可以获得其所有子进程的进程ID。父进程中没有记录子进程的PID。所以为了方便父进程知道和处理子进程,fork()返回最新子进程的pid。

【举个栗子】下面这个程序,请问输出结果是什么?

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

int main()
{
   
	pid_t n = fork();
	assert(-1 != n);

	if(0 == n)
	{
   
		printf("Hello\n");
	}
	else
	{
   
		printf("World\n");
	}
	
	exit(0);
}

运行结果如下:在这里插入图片描述
原因分析:这个结果就和fork的返回值有关,调用一次有两个返回结果,首先打印world,因为子进程返回的值是0,所以打印hello.

3、父子进程执行情况

  • fork之后是两个独立的进程,所以两个进程会被交给操作系统,然后操作系统进行调度,调度到谁就运行谁,故父子进程并发执行,不是按顺序的,父进程和子进程输出的结果是交替的,随机的。

如下图所示的程序:

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

int 
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