fork 与vfork

最新推荐文章于 2024-05-23 20:54:02 发布

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缓冲区被复制引发的问题

其中的示例代码我跑了一下，没有得到文中的结果。

分析：printf("before fork!!\n");应该为printf("before fork!!");

遇到\n就会马上输出了。

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一、fork系统调用

1、函数的声明：

[cpp]

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

2、返回值：

fork函数调用一次，将会返回两次（返回给主进程为新创建的子进程的进程ID，返回给子进程的是0）。当进程创建失败时候，fork返回值为-1。

因为父进程种可能有多个子进程，但没有一个函数可以获得所有子进程的进程ID，所以我们通过fork调用时候将新创建的进程的进程ID返回给主进程。
由于应用程序中创建的进程的进程ID不可能为0，且我们知道进程ID是一个非负值，所以为了在后续代码中区分当前进程是主进程还是新创建的子进程，我们需要通过返回值来区分，因此fork将在子进程中返回0；

3、函数详细说明

1、子进程是父进程的副本

子进程通过fork创建成功以后。子进程和父进程都将继续执行fork调用之后l的指令，子进程是父进程的副本（子进程获得父进程的数据空间：堆、栈副本）。这里我们特别要注意的是，子进程获得的是父进程的副本，而不是父子进程共享数据空间。但父子进程将会共享正文段。如下程序所示：

[cpp]

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 9;
pid_t pid = -1;
if((pid = fork()) < 0)
{
//如果进程ID小于零则报错，退出
printf("fork error!!\n");
return -1;
}
else if(pid == 0)
{
//我们在子进程中将会获得主进程中自动变量a的一个副本，我们在子进程中a++操作将操作的是子进程中的副本而不是父进程中的自动变量a的值。因此父进程中的变量a的值将不会改变。
a++;
}
return 0;
}

2、缓冲区被复制引发的问题

当我们在调用fork之前如果使用了标准I/O（带缓冲的I/O），则在使用fork之前最好刷新（或冲洗）标准输出流。因为在fork创建子进程后，系统会为子进程复制父进程数据空间以及标准输出缓冲区。而如果不刷新标准输出缓冲区，则调用fork时候，之前通过标准输出流输出的数据还在缓冲区中，则子进程也就拥有了一份缓冲区的副本。如下程序所示：

[cpp] view plain copy print ?

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid_t pid = -1;
//printf 带缓冲的标准输出，当输出以后，数据将仍就存留在缓冲区中。随后，子进程会复制缓冲区中的数据。所以在子进程中将会再次输出: before fork
printf("before fork!!\n");
if((pid = fork()) < 0)
{
//如果进程ID小于零则报错，退出
printf("fork error!!\n");
return -1;
}
else if(pid == 0)
{
//子进程中我们什么都没有做
}
return 0;
}

如果没有改变标准输出（默认为终端）运行该程序，输出将为（该输出为调用fork之前，主进程中的printf输出）：

[html] view plain copy print ?

before fork!!

而如果我们将该程序的标准输出重定向到文件中，我们将得到以下结果（第一个为调用fork之前，主进程中的printf输出，第二个为缓冲区复制后在子进程中的输出）：

[html] view plain copy print ?

before fork!!
before fork!!

3、标准输出重定向：

如果我们重定向了父进程的标准输出，那么子进程的标准输出也会被重定向。即：fork会将父进程中所有打开的文件描述符都复制到子进程中。

4、文件共享

从上面所述，我们已经了解到调用fork后，系统会将父进程中所有打开的文件描述符复制到子进程中。父进程与子进程将会共享所打开的文件表项，则父进程与子进程共享同一个文件偏移量。如果我们要满足子进程与父进程之间文件访问的同步，则在fork调用之后处理文件描述符有两种常见的情况：

- 父进程等待子进程完成。
- 父子进程各自执行不同的程序段。即，虽然子进程会复制父进程的文件描述符，但可以在子进程程序段开始关闭这些打开但不再需要的文件描述符，则可以避免父子进程之间的互相影响。

5、fork的两种用法：

- 一个父进程希望自己被复制，使得父子进程同时执行不同的程序段，这在网络程序设计中是常见的。例如：父进程一直等待客户端的连接请求。当请求到达时候，父进程调用fork，使子进程处理刚到达的请求，而父进程继续等待下一个请求的到达。
- 一个进程要执行一个不同的程序，这对shell是常见的。子进程从fork返回后立即调用exec。

6、另外的一点话：

某些操作系统讲fork与exec合并在一起，并称其为spawn。UNIX将其分开，可以使在fork和 exec之间做一些其他的必要的操作。如，重定向标准输出、设置用户ID等。另外有些时候，在我们调用fork之后没有必要执行exec。所以，Unix系统中并没有将fork与exec合并（UNIX在高级实现时候，选项组中确实包括了spawn接口，但是该接口并不打算代替fork和exec）。

二、vfork函数

1、函数声明：

[cpp] view plain copy print ?

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t vfork(void);

2、返回值：

vfork函数的返回值与fork函数返回值相同，参见fork函数返回值部分的说明。

3、函数详细说明：

1、创建进程的目的

vfork函数用于创建一个新进程，新进程的目的是执行(exec)一个新程序。

2、与fork函数一样都创建一个子进程。但它并不将父进程的地址空间完全复制到子进程中。因为子进程会立即调用exec函数，于是也就没有必要保存父进程的地址空间了。

3、vfork函数创建的子进程中，在调用exec之前，子进程是在父进程空间中执行的。因此，子进程会与父进程共享堆、栈，子进程中改变父进程中的变量会引起父进程中变量值的修改，如下：

[cpp] view plain copy print ?

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

int main()
{
    int a = 9;
    pid_t pid = -1;

    if((pid = vfork()) < 0)
    {
        //如果进程ID小于零则报错，退出
        printf("vfork error!!\n");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0)
    {
        //我们在子进程中修改a的值，会改变父进程中自动变量a的值
        a++;
        printf("child process: a = %d  ppid = %d\n",a,getppid());
        _exit(0);
    }
    else
    {
        //我们在父进程中打印变量a的值。
        printf("parent process: a = %d  child_pid = %d\n",a,pid);
    }

    return 0;

}

输出结果如下：

[html] view plain copy print ?

child process: a = 10 ppid = 2893
parent process: a = 10 child_pid = 2894

从上面例子我们可以看出父进程中自动变量a的值被改变了。

4、vfork与fork之间的另外一个区别：

前面我们已经提到vfork与fork之间的一个区别(是否会复制父进程的地址空间)。vfork与fork之间的另外一个区别是，vfork会保证子进程首先运行，在调用exec或者exit之后，父进程才可能被调度运行。如果在这些函数(exec、exit)之前有依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁。