linux fork函數淺析

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#include <sys/types.h>#include <unistd.h>/*功能：複製進程參數：無傳回值： 成功： 父進程：返回子進程id 子進程：返回0 失敗： 返回－1*/pid_t fork(void);

由fork建立的新進程被稱為子進程（child process）。該函數被調用一次，但返回兩次。兩次返回的差別是子進程的傳回值是0，而父進程的傳回值則是新進程（子進程）的進程 id。將子進程id返回給父進程的理由是：由於一個進程的子進程能夠多於一個，沒有一個函數使一個進程能夠獲得其全部子進程的進程id。對子進程來說，之所以fork返回0給它，是由於它隨時能夠調用getpid()來擷取自己的pid；也能夠調用getppid()來擷取父進程的id。(進程id 0總是由交換進程使用，所以一個子進程的進程id不可能為0 )。

fork之後，作業系統會複製一個與父進程全然同樣的子進程，雖說是父子關係，可是在作業系統看來，他們更像兄弟關係，這2個進程共用代碼空間，可是資料空間是互相獨立的，子進程資料空間中的內容是父進程的完整拷貝，指令指標也全然同樣，子進程擁有父進程當前執行到的位置（兩進程的程式計數器pc值同樣，也就是說，子進程是從fork返回處開始執行的），但有一點不同，假設fork成功，子進程中fork的傳回值是0，父進程中fork的傳回值是子進程的進程號，假設fork不成功，父進程會返回錯誤。
能夠這樣想象，2個進程一直同一時候執行，並且步調一致，在fork之後，他們分別作不同的工作，也就是分岔了。這也是fork為什麼叫fork的原因

至於那一個最先執行，可能與作業系統（調度演算法）有關，並且這個問題在實際應用中並不重要，假設須要父子進程協同，能夠通過原語的辦法解決。

 

一個fork範例

#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <stdio.h>int main(void){pid_t pid;pid=fork();switch (pid){case -1:perror("fork error");exit(1);case 0:printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid());break;default:printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid());break;} return 0;}

要搞清楚fork的運行過程，就必須先弄清楚作業系統中的“進程(process)”概念。一個進程，主要包括三個元素：
o. 一個能夠啟動並執行程式；
o. 和該進程相關聯的所有資料（包含變數，記憶體空間，緩衝區等等）；
o. 程式的運行上下文（execution context）。

最好還是簡單理解為，一個進程表示的，就是一個可運行程式的一次運行過程中的一個狀態。作業系統對進程的管理，典型的情況，是通過進程表完畢的。進程表中的每個表項，記錄的是當前作業系統中一個進程的情況。對於單 CPU的情況而言，每一特定時刻僅僅有一個進程佔用 CPU，可是系統中可能同一時候存在多個活動的（等待運行或繼續啟動並執行）進程。
一個稱為“程式計數器（program counter, pc）”的寄存器，指出當前佔用 CPU的進程要啟動並執行下一條指令的位置。
當分給某個進程的 CPU時間已經用完，作業系統將該進程相關的寄存器的值，儲存到該進程在進程表中相應的表項裡面；把將要接替這個進程佔用 CPU的那個進程的上下文，從進程表中讀出，並更新相應的寄存器（這個過程稱為“上下文交換(process context switch)”，實際的上下文交換須要涉及到很多其它的資料，那和fork無關，不再多說，主要要記住程式寄存器pc記錄了程式當前已經運行到哪裡，是進程內容相關的重要內容，換出 CPU的進程要儲存這個寄存器的值，換入CPU的進程，也要依據進程表中儲存的本進程運行上下文資訊，更新這個寄存器）。
好了，有這些概念打底，能夠說fork了。當你的程式運行到以下的語句：pid=fork(); 

作業系統建立一個新的進程（子進程），而且在進程表中對應為它建立一個新的表項。新進程和原有進程的可運行程式是同一個程式；上下文和資料，絕大部分就是原進程（父進程）的拷貝，但它們是兩個相互獨立的進程！此時程式寄存器pc，在父、子進程的上下文中都聲稱，這個進程眼下運行到fork調用即將返回（此時子進程不佔有CPU，子進程的pc不是真正儲存在寄存器中，而是作為進程上下文儲存在進程表中的相應表項內）。問題是怎麼返回，在父子進程中就分道揚鑣。

（如果父進程一直佔領CPU，實際情況非常可能不一樣）父進程繼續運行，作業系統對fork的實現，使這個調用在父進程中返回剛剛建立的子進程的pid（一個正整數），所以以下的swtich語句中運行了default分支（case -1，case 0分支都不滿足）。所以輸出I am the parent process...

子進程在之後的某個時候得到調度，它的上下文被換入，佔領 CPU，作業系統對fork的實現，使得子進程中fork調用返回0，所以在這個進程（注意這不是父進程了哦，儘管是同一個程式，可是這是同一個程式的另外一次運行，在作業系統中這次運行是由另外一個進程表示的，從啟動並執行角度說和父進程相互獨立）中pid=0。這個進程繼續啟動並執行過程中，switch語句中 case -1不滿足，可是case 0是滿足。所以輸出I am the child process..

 

程式的執行結果（先輸出I am the parent process...，還是I am the parent process...）不可預見，與作業系統實際執行情況有關！