Linux fork 詳解

http://blog.csdn.net/fuyangchang/article/details/2101085

 

#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 %d/n",getpid());
        else
                printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
}

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...

我想你比較困惑的就是，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。