fork函数详解.docx
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fork函数详解
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：
/*
*fork_test.c
*version1
*Createdon:
2010-5-29
*Author:
wangth
*/
#include
#include
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：
iamthechildprocess,myprocessidis5574
我是爹的儿子
统计结果是:
1
iamtheparentprocess,myprocessidis5573
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（processID），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intcount=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：
viewplaincopytoclipboardprint?
01./*
02.*fork_test.c
03.*version2
04.*Createdon:
2010-5-29
05.*Author:
wangth
06.*/
07.#include
08.#include
09.intmain（void）
10.{
11.inti=0;
12.printf（"ison/pappidpidfpid\n"）;
13.//ppid指当前进程的父进程pid
14.//pid指当前进程的pid,
15.//fpid指fork返回给当前进程的值
16.for（i=0;i<2;i++）{
17.pid_tfpid=fork（）;
18.if（fpid==0）
19.printf（"%dchild%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
20.else
21.printf（"%dparent%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
22.}
23.return0;
24.}
/*
*fork_test.c
*version2
*Createdon:
2010-5-29
*Author:
wangth
*/
#include
#include
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）;
else
printf（"%dparent%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
}
return0;
}
运行结果是：
ison/pappidpidfpid
0parent204332243225
0child322432250
1parent204332243226
1parent322432253227
1child132270
1child132260
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：
viewplaincopytoclipboardprint?
01.for（i=0;i<2;i++）{
02.pid_tfpid=fork（）;//执行完毕，i=0，fpid=3225
03.if（fpid==0）
04.printf（"%dchild%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
05.else
06.printf（"%dparent%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
07.}
08.return0;
for（i=0;i<2;i++）{
pid_tfpid=fork（）;//执行完毕，i=0，fpid=3225
if（fpid==0）
printf（"%dchild%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
else
printf（"%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：
viewplaincopytoclipboardprint?
01.for（i=0;i<2;i++）{
02.pid_tfpid=fork（）;//执行完毕，i=0，fpid=0
03.if（fpid==0）
04.printf（"%dchild%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
05.else
06.printf（"%dparent%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
07.}
08.return0;
for（i=0;i<2;i++）{
pid_tfpid=fork（）;//执行完毕，i=0，fpid=0
if（fpid==0）
printf（"%dchild%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
else
printf（"%dparent%4d%4d%4d\n",i,getppid（）,getpid（）,fpid）;
}
return0;
所以打印出结果：
0parent204332243225
0child322432250
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：
1parent204332243226
1parent322432253227
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return0;了，其他进程也是如此。
以下是p3226，p3227打印出的结果：
1child132270
1child132260
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。
我们再来看一份代码：
viewplaincopytoclipboardprint?
01./*
02.*fork_test.c
03.*version3
04.*Createdon:
2010-5-29
05.*Author:
wangth
06.*/
07.#include
08.#include
09.intmain（void）
10.{
11.inti=0;
12.for（i=0;i<3;i++）{
13.pid_tfpid=fork（）;
14.if（fpid==0）
15.printf（"son\n"）;
16.else
17.printf（"father\n"）;
18.}
19.return0;
20.
21.}
/*
*fork_test.c
*version3
*Createdon:
2010-5-29
*Author:
wangth
*/
#include
#include
intmain（void）
{
inti=0;
for（i=0;i<3;i++）{
pid_tfpid=fork（）;
if（fpid==0）
printf（"son\n"）;
else
printf（"father\n"）;
}
return0;
}
它的执行结果是：
father
son
father
father
father
father
son
son
father
son
son
son
father
son
这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。
fori=012
fatherfatherfather
son
sonfather
son
sonfatherfather
son
sonfather
son
其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N个。
网上有人说N次循环产生2*（1+2+4+……+2N）个进程，这个说法是不对的，希望大家需要注意。
同时，大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf（"%d\n",getpid（））;或者通过printf（"+\n"）;来判断产生了几个进程。
有人想通过调用printf（"+"）;来统计创建了几个进程，这是不妥当的。
具体原因我来分析。
老规矩，大家看一下下面的代码：
viewplaincopytoclipboardprint?
01./*
02.*fork_test.c
03.*version4
04.*Createdon:
2010-5-29
05.*Author:
wangth
06.*/
07.#include
08.#include
09.intmain（）{
10.pid_tfpid;//fpid表示fork函数返回的值
11.//printf（"fork!
"）;
12.printf（"fork!
\n"）;
13.fpid=fork（）;
14.if（fpid<0）
15.printf（"errorinfork!
"）;
16.elseif（fpid==0）
17.printf（"Iamthechildprocess,myprocessidis%d\n",getpid（））;
18.else
19.printf（"Iamtheparentprocess,myprocessidis%d\n",getpid（））;
20.return0;
21.}
/*
*fork_test.c
*version4
*Createdon:
2010-5-29
*Author:
wangth
*/
#include
#include
intmain（）{
pid_tfpid;//fpid表示fork函数返回的值
//printf（"fork!
"）;
printf（"fork!
\n"）;
fpid=fork（）;
if（fpid<0）
printf（"errorinfork!
"）;
elseif（fpid==0）
printf（"Iamthechildprocess,myprocessidis%d\n",getpid（））;
else
printf（"Iamtheparentprocess,myprocessidis%d\n",getpid（））;
return0;
}
执行结果如下：
fork!
Iamtheparentprocess,myprocessidis3361
Iamthechildprocess,myprocessidis3362
如果把语句printf（"fork!
\n"）;注释掉，执行printf（"fork!
"）;
则新的程序的执行结果是：
fork!
Iamtheparentprocess,myprocessidis3298
fork!
Iamthechildprocess,myprocessidis3299
程序的唯一的区别就在于一个\n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？
这就跟printf的缓冲机制有关了，printf某些内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上。
但是,只要看到有\n则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了。
运行了printf（"fork!
"）后,“fork!
”仅仅被放到了缓冲里,程序运行到fork时缓冲里面的“fork!
”被子进程复制过去了。
因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork!
。
所以,你最终看到的会是fork!
被printf了2次！
！
！
！
而运行printf（"fork!
\n"）后,“fork!
”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork!
内容。
因此你看到的结果会是fork!
被printf了1次！
！
！
！
所以说printf（"+"）;不能正确地反应进程的数量。
大家看了这么多可能有点疲倦吧，不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。
viewplaincopytoclipboardprint?
01.#include
02.#include
03.intmain（intargc,char*argv[]）
04.{
05.fork（）;
06.fork（）&&fork（）||fork（）;
07.fork（）;
08.return0;
09.}
#include
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
fork（）;
fork（）&&fork（）||fork（）;
fork（）;
return0;
}
问题是不算main这个进程自身，程序到底创建了多少个进程。
为了解答这个问题，我们先做一下弊，先用程序验证一下，到此有多少个进程。
viewplaincopytoclipboardprint?
01.#include
02.intmain（intargc,char*argv[]）
03.{
04.fork（）;
05.fork（）&&fork（）||fork（）;
06.fork（）;
07.printf（"+\n"）;
08.}
#include
intmain（intargc,char*argv[]）
{
fork（）;
fork（）&&fork（）||fork（）;
fork（）;
printf（"+\n"）;
}
答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。
我们再来仔细分析一下，为什么是还有19个进程。
第一个fork和最后一个fork肯定是会执行的。
主要在中间3个fork上，可以画一个图进行描述。
这里就需要注意&&和||运算符。
A&&B，如果A=0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就需要继续执行&&B。
A||B，如果A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，就需要继续执行||B。
fork（）对于父进程和子进程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，可以得出5个分支。
加上前面的fork和最后的fork，总共4*5=20个进程，除去main主进程，就是19个进程了。
三、fork高阶知识
这一块我主要就fork函数讲一下操作系统进程的创建、死亡和调度等。
因为时间和精力限制，我先写到这里，下次找个时间我争取把剩下的内容补齐。
参考资料：
http:
//www.yuanma.org/data/2009/1103
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