浅谈linux系统fork()函数

最新推荐文章于 2024-03-02 15:37:00 发布

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原文链接：http://www.cnblogs.com/review/archive/2012/03/06/2380848.html

本文详细介绍了fork函数的基本使用、在循环中的应用、如何避免产生僵尸进程及其解决方案。通过具体实例展示了fork函数的工作原理。

一、fork函数的使用

　　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。
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。

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

int main ()   
{   
int fpid;//the return of fork function
    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());
        count++;
    }  
else { //pid bigger than 0; 
        printf("i am the parent process, my process id is %d\n",getpid());   
        count++;  
    }  
    printf("result count: %d\n",count);  
return 0;  
}

返回结果为：

i am the child process, my process id is 7067
result count: 1
i am the parent process, my process id is 7066
result count: 1

fork虽然仅被调用了一次，但是却可能有两次返回，它的返回值有三种：

（1）在父进程中，fork返回值大于零的子进程id。

（2）在子进程中，fork返回值为零。

（3）fork进程创建失败时返回负值。

    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。

二、循环中的fork函数

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

int main ()   
{   
int fpid;
int i;  

for(i = 0; i < 3; i++)
    {
        fpid = fork();
if(fpid>0)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
        }
else if(!fpid)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
        }
    }

return 0;  
}

运行结果：

loop 0: my process id is 7281, my father process id is 7280, fpid 0
loop 1: my process id is 7282, my father process id is 7281, fpid 0
loop 1: my process id is 7281, my father process id is 7280, fpid 7282
loop 0: my process id is 7280, my father process id is 6968, fpid 7281
loop 1: my process id is 7285, my father process id is 7280, fpid 0
loop 1: my process id is 7280, my father process id is 6968, fpid 7285
loop 2: my process id is 7287, my father process id is 7280, fpid 0
loop 2: my process id is 7280, my father process id is 6968, fpid 7287
[root@localhost threadTest]# loop 2: my process id is 7284, my father process id is 7281, fpid 0
loop 2: my process id is 7281, my father process id is 1, fpid 7284
loop 2: my process id is 7286, my father process id is 7285, fpid 0
loop 2: my process id is 7285, my father process id is 1, fpid 7286
loop 2: my process id is 7283, my father process id is 7282, fpid 0
loop 2: my process id is 7282, my father process id is 1, fpid 7283

从结果可以看到当最上层的父进程死亡之后，未死亡的子进程会继续运行到结束，但是此时他们的父进程id变为1。id为1的进程为init进程，init进程是系统中的一个特殊进程，通常程序文件为/sbin/init，在系统启动时负责启动各种系统服务，之后就负责清理子进程。只要有子进程终止，init就会调用wait函数清理它。

三、fork函数产生的死进程（僵尸进程）

　　我们所运行的程序，并不是都会结束的，有些程序（如服务器等）需要它一直执行下去。这些程序中如果调用到fork函数就有可能产生“僵尸进程”。

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

int main ()   
{   
int fpid;
int i;  

for(i;; i++)
    {
        fpid = fork();
if(fpid>0)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
        }
else if(!fpid)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
            exit(0);
        }
        sleep(10);
    }

return 0;  
}

运行10秒后用ps -e命令可以看到结果如下：

[root@localhost root]# ps -e | grep test
22928 pts/5    00:00:00 test
22929 pts/5    00:00:00 test <defunct>

而且每隔10秒钟，再运行一次ps -e命令，都可以看到多增加了一个test <defunct>进程。状态栏为defunct的进程，就是所谓的“僵尸”进程。“僵尸进程”是一个已经死亡的进程，但是其在进程表中仍占了一个位置。因为进程表的容量有限，所以defunct进程不仅占用系统的内存资源，影响系统的性能，而且如果数量太多还会导致系统瘫痪。

当以fork()系统调用建立一个新的进程后，核心进程就会在进程表中给这个新进程分配一个进入点，然后将相关信息存储在该进入点所对应的进程表内。这些信息中有一项是其父进程的识别码。当这个进程走完了自己的生命周期后，它会执行exit()系统调用，此时原来进程表中的数据会被该进程的退出码（exit code）、执行时所用的CPU时间等数据所取代，这些数据会一直保留到系统将它传递给它的父进程为止。由此可见，defunct进程的出现时间是在子进程终止后，但是父进程尚未读取这些数据之前。

当父进程执行终止后，再用ps -e命令观察时，我们会发现defunct进程也随之消失。这是因为父进程终止后，init 进程会接管父进程留下的这些“孤儿进程”（orphan process），而这些“孤儿进程”执行完后，它在进程表中的进入点将被删除。如果一个程序设计上有缺陷，就可能导致某个进程的父进程一直处于睡眠状态或是陷入死循环，那么当该子进程执行结束后就变成了defunct进程，这个defunct 进程可能会一直留在系统中直到系统重新启动。

僵尸进程无法调用kill清除，因为kill命令式用来终止进程的，而僵尸进程已经终止了。可以使用wait或者waitpid函数来清除僵尸进程。

四、用wait或waitpid避免fork函数产生僵尸进程

wait和waitpid的函数原型是：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

若调用成功则返回清理掉的子进程id，若调用出错则返回-1。父进程调用wait或waitpid时可能会：

阻塞（如果它的所有子进程都还在运行）。
带子进程的终止信息立即返回（如果一个子进程已终止，正等待父进程读取其终止信息）。
出错立即返回（如果它没有任何子进程）。

这两个函数的区别是：

如果父进程的所有子进程都还在运行，调用wait将使父进程阻塞，而调用waitpid时如果在options参数中指定WNOHANG可以使父进程不阻塞而立即返回0。
wait等待第一个终止的子进程，而waitpid可以通过pid参数指定等待哪一个子进程。

可见，调用wait和waitpid不仅可以获得子进程的终止信息，还可以使父进程阻塞等待子进程终止，起到进程间同步的作用。如果参数status不是空指针，则子进程的终止信息通过这个参数传出，如果只是为了同步而不关心子进程的终止信息，可以将status参数指定为NULL。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main ()   
{   
int fpid;
int stat_val;
int i;  

for(i;; i++)
    {
        fpid = fork();
if(fpid>0)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);

        }
else if(!fpid)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
            exit(0);
        }

        waitpid(fpid, &stat_val,0);
if(WIFEXITED(stat_val))
            printf("child exited with code %d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
else if (WIFSIGNALED(stat_val))
            printf("child terminated abnormally, signal %d\n", WTERMSIG(stat_val));
        sleep(10);
    }

return 0;  
}

运行结果：

loop 134514078: my process id is 31080, my father process id is 31079, fpid 0
loop 134514078: my process id is 31079, my father process id is 6968, fpid 31080
child exited with code 0
loop 134514079: my process id is 31089, my father process id is 31079, fpid 0
loop 134514079: my process id is 31079, my father process id is 6968, fpid 31089
child exited with code 0

这时在使用ps -e查看就不会产生僵尸进程了。但是会引起阻塞。以下是不会引起阻塞的代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

void sig_chld_handler(void) {
while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0);
}

int main ()   
{   
int fpid;
int stat_val;
int i;  

    #ifdef __USE_GNU
        signal(SIGCHLD, (sighandler_t )sig_chld_handler);
#endif
    #ifdef __USE_BSD
        signal(SIGCHLD, (sig_t )sig_chld_handler);
#endif

for(i;; i++)
    {
        fpid = fork();
if(fpid>0)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);

        }
else if(!fpid)
        {
            printf("loop %d: my process id is %d, my father process id is %d, fpid %d\n",
                i, getpid(), getppid(), fpid);
            exit(0);
        }
    }

return 0;  
}

子进程的终止信息在一个int中包含了多个字段，用宏定义可以取出其中的每个字段：如果子进程是正常终止的，WIFEXITED取出的字段值非零，WEXITSTATUS取出的字段值就是子进程的退出状态；如果子进程是收到信号而异常终止的，WIFSIGNALED取出的字段值非零，WTERMSIG取出的字段值就是信号的编号。

转载于:https://www.cnblogs.com/review/archive/2012/03/06/2380848.html