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操作系统中的fork()函数对应的进程创建过程

时间:2020-10-20 12:39:52

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操作系统中的fork()函数对应的进程创建过程

一、fork入门知识

一个进程,包括代码、数据和分配给进程的资源。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。

我们来看一个例子:

[cpp]view plaincopy /**fork_test.c*version1*Createdon:-5-29*Author:wangth*/#include<unistd.h>#include<stdio.h>intmain(){pid_tfpid;//fpid表示fork函数返回的值intcount=0;fpid=fork();if(fpid<0)printf("errorinfork!");elseif(fpid==0){printf("iamthechildprocess,myprocessidis%d/n",getpid());printf("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。count++;}else{printf("iamtheparentprocess,myprocessidis%d/n",getpid());printf("我是孩子他爹/n");count++;}printf("统计结果是:%d/n",count);return0;}

运行结果是:

i am the child process, my process id is 5574

我是爹的儿子

统计结果是: 1

i am the parent process, my process id is 5573

我是孩子他爹

统计结果是: 1

在语句fpid=fork()之前,只有一个进程在执行这段代码,但在这条语句之后,就变成两个进程在执行了,这两个进程的几乎完全相同,

将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……

为什么两个进程的fpid不同呢,这与fork函数的特性有关。

fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次,却能够返回两次,它可能有三种不同的返回值:

1)在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;

2)在子进程中,fork返回0;

3)如果出现错误,fork返回一个负值;

在fork函数执行完毕后,如果创建新进程成功,则出现两个进程,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。

引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同。“其实就相当于链表,进程形成了链表,父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id,

因为子进程没有子进程,所以其fpid为0.

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。

每个进程都有一个独特(互不相同)的进程标识符(process ID),可以通过getpid()函数获得,还有一个记录父进程pid的变量,可以通过getppid()函数获得变量的值。

fork执行完毕后,出现两个进程,

有人说两个进程的内容完全一样啊,怎么打印的结果不一样啊,那是因为判断条件的原因,上面列举的只是进程的代码和指令,还有变量啊。

执行完fork后,进程1的变量为count=0,fpid!=0(父进程)。进程2的变量为count=0,fpid=0(子进程),这两个进程的变量都是独立的,

存在不同的地址中,不是共用的,这点要注意。可以说,我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。

还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的,这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份,执行fork时,进程已经执行完了int count=0;

fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

二、fork进阶知识

先看一份代码:

[cpp]view plaincopy /**fork_test.c*version2*Createdon:-5-29*Author:wangth*/#include<unistd.h>#include<stdio.h>intmain(void){inti=0;printf("ison/pappidpidfpid/n");//ppid指当前进程的父进程pid//pid指当前进程的pid,//fpid指fork返回给当前进程的值for(i=0;i<2;i++){pid_tfpid=fork();if(fpid==0)printf("%dchild%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);elseprintf("%dparent%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);}return0;}

运行结果是:

i son/pa ppid pid fpid

0 parent 2043 3224 3225

0 child 3224 3225 0

1 parent 2043 3224 3226

1 parent 3224 3225 3227

1 child 1 3227 0

1 child 1 3226 0

这份代码比较有意思,我们来认真分析一下:

第一步:在父进程中,指令执行到for循环中,i=0,接着执行fork,fork执行完后,系统中出现两个进程,分别是p3224和p3225

(后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程)。可以看到父进程p3224的父进程是p2043,子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系:

p2043->p3224->p3225

第一次fork后,p3224(父进程)的变量为i=0,fpid=3225(fork函数在父进程中返向子进程id),代码内容为:

[c-sharp]view plaincopy for(i=0;i<2;i++){pid_tfpid=fork();//执行完毕,i=0,fpid=3225if(fpid==0)printf("%dchild%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);elseprintf("%dparent%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);}return0;

p3225(子进程)的变量为i=0,fpid=0(fork函数在子进程中返回0),代码内容为:

[c-sharp]view plaincopy for(i=0;i<2;i++){pid_tfpid=fork();//执行完毕,i=0,fpid=0if(fpid==0)printf("%dchild%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);elseprintf("%dparent%4d%4d%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);}return0;

所以打印出结果:

0parent 2043 3224 3225

0 child 3224 3225 0

第二步:假设父进程p3224先执行,当进入下一个循环时,i=1,接着执行fork,系统中又新增一个进程p3226,对于此时的父进程,

p2043->p3224(当前进程)->p3226(被创建的子进程)。

对于子进程p3225,执行完第一次循环后,i=1,接着执行fork,系统中新增一个进程p3227,对于此进程,p3224->p3225(当前进程)->p3227(被创建的子进程)。

从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程,现在变成p3227的父进程。父子是相对的,这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork,该进程就变成了父进程了,就打印出了parent。

所以打印出结果是:

1 parent 2043 3224 3226

1 parent 3224 3225 3227

第三步:第二步创建了两个进程p3226,p3227,这两个进程执行完printf函数后就结束了,因为这两个进程无法进入第三次循环,无法fork,该执行return 0;了,其他进程也是如此。

以下是p3226,p3227打印出的结果:

1 child 1 3227 0

1 child 1 3226 0

细心的读者可能注意到p3226,p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗,怎么会是1呢?这里得讲到进程的创建和死亡的过程,

在p3224和p3225执行完第二个循环后,main函数就该退出了,也即进程该死亡了,因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后,

p3226,p3227就没有父进程了,这在操作系统是不被允许的,所以p3226,p3227的父进程就被置为p1了,p1是永远不会死亡的,至于为什么,

这里先不介绍,留到“三、fork高阶知识”讲。

总结一下,这个程序执行的流程如下:

这个程序最终产生了3个子进程,执行过6次printf()函数。

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