fork的傳回值

fork簡介：      
   fork英文原意是“分岔，分支”的意思，而在作業系統中，乃是著名的Unix（或類Unix，如Linux，Minix）中用於建立子進程的系統調用。 

【NOTE1】 
fork () 的作用是什嗎？換句話說，你用 fork () 的目的是什嗎？ 
――是為了產生一個新的進程，地球人都知道
產生一個什麼樣的進程？ 
――和你本來調用 fork () 的那個進程基本一樣的進程，其實就是你原來進程的副本; 
真的完全一樣嗎？ 
――當然不能完全一樣，你要兩個除了 pid 之外其它一模一樣的進程幹什麼，就算memory 
再多也不用這麼擺譜吧？ 
哪裡不一樣？ 
――當然最重要的是 fork () 之後執行的代碼不一樣，you know, i know :) 
怎麼實現呢？ 
――如果是 Windows，它會讓你在 fork () 裡面提供一大堆東西，指明這個那個什麼的…… 
我用的是 unix 啊 
――所以很簡單，unix 會讓兩個進程（不錯，原來是一個，unix 替你複製了一個，現在有兩個） 
在 fork () 之後產生不同：傳回值不同。其中一個進程（使用新的 pid）裡面的 fork () 返回零， 
這個進程就是“子進程”；而另一個進程（使用原來的 pid）中的 fork () 返回前面那個子進程的 
pid，他自己被稱為“父進程” 
然後呢？ 
――寫代碼的人又不笨，當然就根據傳回值是否非零來判斷了，現在我是在子進程裡面呢，還是在 
父進程裡面？在子進程裡面就執行子進程該執行的代碼，在父進程裡面就執行父進程的代碼…… 

    有鐵杆 windows fans 藉此說明，windows 好啊，子進程用子進程的代碼，父進程用父進程的， 
你 unix 笨了吧，子進程包含父進程、子進程的代碼，父進程包含父進程子進程的代碼，豈不是多佔用記憶體了嗎？ 
――據我所知，unix 程式碼片段都是可重新進入代碼，也就是說，進程複製，並不複製程式碼片段，若干個進程 
共用同一程式碼片段，增加的只是全域共用資料和對檔案描述符的引用等，另外就是堆棧。你一個代碼 
長達 10M 的進程，fork () 出三四個子進程，只是增加一點記憶體佔用（如果你沒有使用很多全域變數 
的話），而不是佔用 40M 以上的記憶體。 

【NOTE2】 
程式   從   fork   開始分支   （稱分支不準確），   一路是主進程   pid   >   0   (pid   是子進程ID)   一路是子進程   pid   ==   0   自此分成兩個任務 
其實fork的時候已經兩個分支了，資料區段被複製了一份，因此pid有兩份       
執行pid=fork()時，傳回值賦給pid在兩個進程中運行，       
fork會返回給父進程的那個>0的值，告訴調用者建立進程的pid    
子進程的fork傳回值是0     
更不用說if...else的比較也是在兩個進程中都做的了    

【NOTE3】 
fork的精闢剖析 
程式如下： 
#include <unistd.h>; 
#include <sys/types.h>; 
main ()

{ pid_t pid; 
pid=fork(); 

   if (pid < 0) printf("error in fork!"); 
else if (pid == 0) 
   printf("i am the child process, my process id is %dn",getpid()); 
else 
printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid()); 
} 

結果是 

[root@localhost c]# ./a.out 

i am the child process, my process id is 4286 

i am the parent process, my process id is 4285 

一： 
要搞清楚fork的執行過程，就必須先講清楚作業系統中的“進程(process)”概念。一個進程，主要包含三個元素： 

o. 一個可以執行的程式； 

o. 和該進程相關聯的全部資料（包括變數，記憶體空間，緩衝區等等）； 

o. 程式的執行內容（execution context）。 

不妨簡單理解為，一個進程表示的，就是一個可執行程式的一次執行過程中的一個狀態。作業系統對進程的管理，典型的情況，是通過進程表完成的。進程表中的每 一個表項，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，每一特定時刻只有一個進程佔用 CPU，但是系統中可能同時存在多個活動的（等待執行或繼續執行的）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的進程要執行的下一條指令的位置。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對應的表項裡面；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)”，實際的上下文交換需要涉及到更多的資料，那和fork無關，不再多說，主要要記住程式寄存器 pc指出程式當前已經執行到哪裡，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，也要根據進程表中儲存的本進程執行內容資訊，更新這個寄存器）。 

好了，有這些概念打底，可以說fork了。當你的程式執行到下面的語句： 

pid=fork(); 

作業系統建立一個新的進程（子進程），並且在進程表中相應為它建立一個新的表項。新進程和原有進程的可執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，這個進程目前執行到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對應表項內）。問題是怎麼返回，在父子進程中就分道揚 鑣。 

父進程繼續執行，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），所以下面的if語句中pid<0, pid==0的兩個分支都不會執行。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，佔據 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，雖然是同一個程式，但是這是同一個程式的另 外一次執行，在作業系統中這次執行是由另外一個進程表示的，從執行的角度說和父進程相互獨立）中pid=0。這個進程繼續執行的過程中，if語句中 pid<0不滿足，但是pid= =0是true。所以輸出i am the child process... 

為什麼看上去程式中互斥的兩個分支都被執行了？在一個程式的一次執行中，這當然是不可能的；但是你看到的兩行輸出是來自兩個進程，這兩個進程來自同一個程式的兩次執行。 

fork之後，作業系統會複製一個與父進程完全相同的子進程，雖說是父子關係，但是在作業系統看來，他們更像兄弟關係，這2個進程共用代碼空間，但是資料 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，指令指標也完全相同，但只有一點不同，如果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，如果fork不成功，父進程會返回錯誤。 

可以這樣想象，2個進程一直同時運行，而且步調一致，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。 

在程式段裡用了fork()之後程式出了分岔，派生出了兩個進程。具體哪個先運行就看該系統的調度演算法了。 

如果需要父子進程協同，可以通過原語的辦法解決。 

二： 
進程的建立: 
建立一個進程的系統調用很簡單.我們只要調用fork函數就可以了. 
＃include <unistd.h> 
pid_t fork(); 

當一個進程調用了fork以後,系統會建立一個子進程.這個子進程和父進程不同的地方只有他的進程ID和父進程ID,其他的都是一樣.就象父進程複製 (clone)自己一樣.當然建立兩個一模一樣的進程是沒有意義的.為了區分父進程和子進程,我們必須跟蹤fork的傳回值. 當fork掉用失敗的時候(記憶體不足或者是使用者的最大進程數已到)fork返回-1,否則fork的傳回值有重要的作用.對於父進程fork返回子進程的 ID,而對於fork子進程返回0.我們就是根據這個傳回值來區分父子進程的. 父進程為什麼要建立子進程呢?前面我們已經說過了Linux是一個多使用者作業系統,在同一時間會有許多的使用者在爭奪系統的資源.有時進程為了早一點完成任
務就建立子進程來爭奪資源. 一旦子進程被建立,父子進程一起從fork處繼續執行,相互競爭系統的資源.有時候我們希望子進程繼續執行,而父進程阻塞,直到子進程完成任務.這個時候 我們可以調用wait或者waitpid系統調用. 

   總結一下有三： 

1,派生子進程的進程，即父進程，其pid不變； 

2,對子進程來說，fork返回給它0,但它的pid絕對不會是0；之所以fork返回0給它，是因為它隨時可以調用getpid()來擷取自己的pid； 

3,fork之後父子進程除非採用了同步手段，否則不能確定誰先運行，也不能確定誰先結束。認為子進程結束後父進程才從fork返回的，這是不對的，fork不是這樣的，vfork才這樣。 

【NOTE4】 

首先必須有一點要清楚，函數的傳回值是儲存在寄存器eax中的。 
其次，當fork返回時，新進程會返回0是因為在初始化任務結構時，將eax設定為0； 
在fork中，把子進程加入到可啟動並執行隊列中，由進程發送器在適當的時機調度運行。也就是從此時開始，當前進程分裂為兩個並發的進程。 
無論哪個進程被調度運行，都將繼續執行fork函數的剩餘代碼，執行結束後返回各自的值。 

【NOTE5】 
對於fork來說，父子進程共用同一段代碼空間，所以給人的感覺好像是有兩次返回，其實對於調用fork的父進程來說，如果fork出來的子進程沒有得到 調度，那麼父進程從fork系統調用返回，同時分析sys_fork知道，fork返回的是子進程的id。再看fork出來的子進程，由 copy_process函數可以看出，子進程的返回地址為ret_from_fork（和父進程在同一個代碼點上返回），傳回值直接置為0。所以當子進 程得到調度的時候，也從fork返回，傳回值為0。 
    關鍵注意兩點：1.fork返回後，父進程或子進程的執行位置。（首先會將當前進程eax的值做為傳回值）2.兩次返回的pid存放的位置。（eax中） 

進程調用copy_process得到lastpid的值（放入eax中，fork正常返回後，父進程中返回的就是lastpid） 
子進程任務狀態段tss的eax被設定成0， 
fork.c 中 
p-&gt;tss.eax=0;（如果子進程要執行就需要進程切換，當發生切換時，子進程tss中的eax值就調入eax寄存器，子進程執行時首先會將eax的內容做為傳回值） 
當子進程開始執行時，copy_process返回eax的值。 
fork()後,就是兩個任務同時進行,父進程用他的tss,子進程用自己的tss,在切換時,各用各的eax中的值. 

所以，“一次調用兩次返回”是2個不同的進程！ 
看這一句：pid＝fork() 
當執行這一句時，當前進程進入fork()運行，此時，fork()內會用一段嵌入式彙編進行系統調用：int 0x80（具體代碼可參見核心版本0.11的unistd.h檔案的133行_syscall0函數）。這時進入核心根據此前寫入eax的系統調用功能號 便會運行sys_fork系統調用。接著，sys_fork中首先會調用C函數find_empty_process產生一個新的進程，然後會調用C函數 copy_process將父進程的內容複寫給子進程，但是子進程tss中的eax值賦值為0（這也是為什麼子進程中返回0的原因），當賦值完成後，
copy_process會返回新進程（該子進程）的pid，這個值會被儲存到eax中。這時子進程就產生了，此時子進程與父進程擁有相同的代碼空間，程 序指標寄存器eip指向相同的下一條指令地址，當fork正常返回調用其的父進程後，因為eax中的值是新建立的子進程號，所以，fork()返回子進程 號，執行else（pid&gt;0）;當產生進程切換運行子進程時，首先會恢複子進程的運行環境即裝入子進程的tss任務狀態段，其中的eax 值(copy_process中置為0)也會被裝入eax寄存器，所以，當子進程運行時，fork返回的是0執行if(pid==0)。 

【NOTE5】 
理解它關鍵在於理解堆棧的切換和壓棧，彈棧! 
關於子進程的返回: 
子進程複製了父進程的棧內容，從高到低 
SS 
ESP 
EFLAGS 
CS 
EIP -----此是int 0x80 的下一條指令，也是子進程開始執行的地方！！！！ 
DS 
ES 
FS 
EDX 
ECX 
EBX 
GS 
ESI 
EDI 
EBP 
EAX(0) 

由於 EAX = 0,所以子進程返回 0 給 fork. 

註：新進程的使用者棧設為其父進程的使用者棧(最後彈出的SS,ESP)。如果父子進程以copy_on_write方式共用使用者堆棧 
(Linux之下就是這樣的)，而且在此之前父進程修改了該堆棧(如果父進程先返回，這幾乎是肯定的），那麼，系統已經為父進程建立了該使用者棧的副本，父進程原來的使用者棧留給了子進程。那麼新進程的系統棧已經清空，新進程回到了使用者態，返回到了函數fork。 

【NOTE6】 
關於fork的討論與評價： 
fork好不好？相比其他動作系統如Windows，Windows會有諸如CreateProcess這樣的函數來建立一個與生俱來兩手空空的獨立的新進程。然後還有一大堆參數，指手畫腳的告訴你這個那個是什麼。。。 

煩!!! 

K.I.S.S. (Keep it simple,stupid.)是Unix的至高原則。 

fork 起源於 Unix 作業系統。那是貝爾實驗室的 K&R (這兩人是Unix和C語言之父) 的一項天才發明!!!   Linux由於與生俱來就與Unix血濃於水，所以繼承了它的這個天才發明。 

這種方法效率是很高的。因為複製的代價是很低的。在電腦網路的實現中，以及在 client/server 系統中的server 一方的實現中，fork 常常是最自然，最有效，最適宜的手段。很多人甚至懷疑，到底是先有 fork 還是先有 client/server，因為 fork 似乎就是專門為此而設計的 !更重要的好處是，這樣有利於父子進程間通過 pipe 建立起一種簡單有效處理序間通訊管道，並且產生了作業系統的使用者介面即 shell 的管道機制。這一點，對於 Unix 的發展和應用推廣，對於 Uinx 程式設計環境的形成，對於
Unix 程式設計風格的形成，都有非常深遠的影響。可以說這是一項天才的發明，它在很大程度上改變了作業系統的發展方向。