fork函数详解：进程创建与管理的关键技术
fork函数详解：进程创建与管理的关键技术
fork函数的基本概念
fork函数是Unix/Linux系统中用于创建新进程的重要系统调用。其返回值有三种情况：
- 在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
- 在子进程中，fork返回0；
- 如果出现错误，fork返回一个负值；
此外，还有两个相关的函数：
getppid()：获取当前进程的父进程ID；getpid()：获取当前进程的ID；
注意：在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则会出现两个进程，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函数会复制已有的进程及其进程控制块（PCB），并为新进程分配一个PID。子进程的PID通常是父进程PID加1。
一个简单的fork示例
让我们通过一个简单的代码示例来理解fork函数的使用：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
pid_t pid;
// 判断1
if ((pid=fork()) < 0)
{
perror("fork error");
}
// 判断2
else if (pid == 0) // 子进程
{
printf("child getpid()=%d\n", getpid());
}
// 判断3
else if(pid > 0) // 父进程
{
printf("parent getpid()=%d\n", getpid());
}
return 0;
}
运行结果如下：
parent getpid()=13725
child getpid()=13726
这个例子展示了fork函数的一个重要特性：在调用fork后，fork函数后面的代码会执行两遍。这是因为fork函数创建了一个新的子进程，父进程和子进程都会继续执行fork后面的代码。
成功fork的执行流程
让我们梳理一下fork函数成功执行的流程：
- 执行
pid=fork()，如果成功，pid将获得一个非0正值。如果失败，返回-1。 - 因为pid>0，所以进入判断3，这是在父进程中。
- 父进程的代码执行完毕后，程序会再次执行fork后面的代码，此时pid的值变为0，进入判断2，这是在子进程中。
注意：这里的pid_t类似于一个类型，就像int型一样，pid_t定义的变量都是进程号类型。这个语句的意思是定义了一个pid_t类型的变量pid，fork()函数返回一个进程号，这个进程号赋给了pid。pid_t在头文件types.h（sys/types.h）中定义。pid_t实际上是一个short类型变量，表示的是内核中的进程表的索引。
更多fork示例
让我们尝试分析下面的代码：
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
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("我是子进程,id:%d\n",getpid());
count++;
}
else
{
printf("我是父进程,id:%d\n",getpid());
count++;
}
printf("统计结果是:%d\n",count);
exit(0);
}
父子进程的调用流程
下面我们讲解一下fork调用的细节：
int main(){
fork(); // fork1
fork(); // fork2
printf("love\n");
return 0;
}
上述代码会打印4次"love"，创建了4个进程（1个父进程，3个子进程）。假设我们的main进程pid是1001，注意看左边的1，2，4进程其实都是main进程1001。进程3，6是同一个进程1002。所有一共有1001，1002，1003，1004四个进程。也就是只要数叶子节点就行了。其中1个是main进程，其它3个是子进程。有多少个进程就输出多少次hello字符串。也就是只有4，5，6，7执行了printf。
多个fork示例
eg1:
int main()
{
int n=2;
for(;i<n;i++)
{
fork();
printf("A\n"); // 遇到\n会自动刷新缓冲区
}
exit(0);
}
eg2:
int main()
{
int n=2;
for(;i<n;i++)
{
fork();
printf("-"); // 不会刷新缓冲区
}
exit(0);
}
eg3:
int main()
{
fork()||fork();
printf("A\n");
exit(0);
}
结果打印3个A，共创建3个进程。fork()给子进程返回一个零值，而给父进程返回一个非零值。在main这个主进程中，首先执行fork()|| fork(), 左边的fork()返回一个非零值，根据||的短路原则，前面的表达式为真时，后面的表达式不执行，故包含main的这个主进程创建了一个子进程，由于子进程会复制父进程，而且子进程会根据其返回值继续执行，就是说，在子进程中，fork()||fork()这条语句 左边表达式的返回值是0, 所以||右边的表达式要执行，这时在子进程中又创建了一个进程，即main进程->子进程->子进程，一共创建了3个进程。
eg4:
int main()
{
fork()&&fork();
printf("A\n");
exit(0);
}
结果输出3个A，创建3个进程。
注意事项
父子进程相同：
- 刚刚fork后，data段，text段，堆，栈，环境变量，全局变量，宿主目录位置，进程工作目录，信号处理方式
父子进程不同：
- 进程id，返回值，各自父进程，进程创建时间，闹钟，未决信号
父子进程共享：
- 文件描述符
- mmap映射区
- 读时共享，写时复制-----------------全局变量