linux fork() 函數應用及介紹是怎樣的

linux fork() 函數應用及介紹是怎樣的，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

一、fork入門知識

     一個進程，包括代碼、數據和分配給進程的資源。fork（）函數通過系統調用創建一個與原來進程幾乎完全相同的進程，也就是兩個進程可以做完全相同的事，但如果初始參數或者傳入的變量不同，兩個進程也可以做不同的事。
    一個進程調用fork（）函數后，系統先給新的進程分配資源，例如存儲數據和代碼的空間。然后把原來的進程的所有值都復制到新的新進程中，只有少數值與原來的進程的值不同。相當于克隆了一個自己。

     我們來看一個例子：

/*
 *  fork_test.c
 *  version 1
 *  Created on: 2010-5-29
 *      Author: wangth
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h> 
int main () 
{ 
	pid_t fpid; //fpid表示fork函數返回的值
	int count=0;
	fpid=fork(); 
	if (fpid < 0) 
		printf("error in fork!"); 
	else if (fpid == 0) {
		printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid()); 
		printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看著更直白。
		count++;
	}
	else {
		printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid()); 
		printf("我是孩子他爹/n");
		count++;
	}
	printf("統計結果是: %d/n",count);
	return 0;
}

     運行結果是：
    i am the child process, my process id is 5574
    我是爹的兒子
    統計結果是: 1
    i am the parent process, my process id is 5573
    我是孩子他爹
    統計結果是: 1
    在語句fpid=fork()之前，只有一個進程在執行這段代碼，但在這條語句之后，就變成兩個進程在執行了，這兩個進程的幾乎完全相同，將要執行的下一條語句都是if(fpid<0)……
    為什么兩個進程的fpid不同呢，這與fork函數的特性有關。fork調用的一個奇妙之處就是它僅僅被調用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：
    1）在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID；
    2）在子進程中，fork返回0；
    3）如果出現錯誤，fork返回一個負值；

    在fork函數執行完畢后，如果創建新進程成功，則出現兩個進程，一個是子進程，一個是父進程。在子進程中，fork函數返回0，在父進程中，fork返回新創建子進程的進程ID。我們可以通過fork返回的值來判斷當前進程是子進程還是父進程。

    引用一位網友的話來解釋fpid的值為什么在父子進程中不同。“其實就相當于鏈表，進程形成了鏈表，父進程的fpid(p 意味point)指向子進程的進程id, 因為子進程沒有子進程，所以其fpid為0.
    fork出錯可能有兩種原因：
    1）當前的進程數已經達到了系統規定的上限，這時errno的值被設置為EAGAIN。
    2）系統內存不足，這時errno的值被設置為ENOMEM。
    創建新進程成功后，系統中出現兩個基本完全相同的進程，這兩個進程執行沒有固定的先后順序，哪個進程先執行要看系統的進程調度策略。
    每個進程都有一個獨特（互不相同）的進程標識符（process ID），可以通過getpid（）函數獲得，還有一個記錄父進程pid的變量，可以通過getppid（）函數獲得變量的值。
    fork執行完畢后，出現兩個進程，

    有人說兩個進程的內容完全一樣啊，怎么打印的結果不一樣啊，那是因為判斷條件的原因，上面列舉的只是進程的代碼和指令，還有變量啊。
    執行完fork后，進程1的變量為count=0，fpid！=0（父進程）。進程2的變量為count=0，fpid=0（子進程），這兩個進程的變量都是獨立的，存在不同的地址中，不是共用的，這點要注意。可以說，我們就是通過fpid來識別和操作父子進程的。
    還有人可能疑惑為什么不是從#include處開始復制代碼的，這是因為fork是把進程當前的情況拷貝一份，執行fork時，進程已經執行完了int count=0;fork只拷貝下一個要執行的代碼到新的進程。

二、fork進階知識

    先看一份代碼：

/*
 *  fork_test.c
 *  version 2
 *  Created on: 2010-5-29
 *      Author: wangth
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
   int i=0;
   printf("i son/pa ppid pid  fpid/n");
   //ppid指當前進程的父進程pid
   //pid指當前進程的pid,
   //fpid指fork返回給當前進程的值
   for(i=0;i<2;i++){
       pid_t fpid=fork();
       if(fpid==0)
    	   printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
       else
    	   printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
   }
   return 0;
}

    運行結果是：
    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
    這份代碼比較有意思，我們來認真分析一下：
    第一步：在父進程中，指令執行到for循環中，i=0，接著執行fork，fork執行完后，系統中出現兩個進程，分別是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示進程id為xxxx的進程）。可以看到父進程p3224的父進程是p2043，子進程p3225的父進程正好是p3224。我們用一個鏈表來表示這個關系：
    p2043->p3224->p3225
    第一次fork后，p3224（父進程）的變量為i=0，fpid=3225（fork函數在父進程中返向子進程id），代碼內容為：

   for(i=0;i<2;i++){
       pid_t fpid=fork();//執行完畢，i=0，fpid=3225
       if(fpid==0)
    	   printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
       else
    	   printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
   }
   return 0;

    p3225（子進程）的變量為i=0，fpid=0（fork函數在子進程中返回0），代碼內容為：

   for(i=0;i<2;i++){
       pid_t fpid=fork();//執行完畢，i=0，fpid=0
       if(fpid==0)
    	   printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
       else
    	   printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
   }
   return 0;

    所以打印出結果：
    0 parent 2043 3224 3225
    0 child  3224 3225    0
    第二步：假設父進程p3224先執行，當進入下一個循環時，i=1，接著執行fork，系統中又新增一個進程p3226，對于此時的父進程，p2043->p3224（當前進程）->p3226（被創建的子進程）。
    對于子進程p3225，執行完第一次循環后，i=1，接著執行fork，系統中新增一個進程p3227，對于此進程，p3224->p3225（當前進程）->p3227（被創建的子進程）。從輸出可以看到p3225原來是p3224的子進程，現在變成p3227的父進程。父子是相對的，這個大家應該容易理解。只要當前進程執行了fork，該進程就變成了父進程了，就打印出了parent。
    所以打印出結果是：
    1 parent 2043 3224 3226
    1 parent 3224 3225 3227
    第三步：第二步創建了兩個進程p3226，p3227，這兩個進程執行完printf函數后就結束了，因為這兩個進程無法進入第三次循環，無法fork，該執行return 0;了，其他進程也是如此。
    以下是p3226，p3227打印出的結果：
    1 child     1 3227    0
    1 child     1 3226    0
    細心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進程難道不該是p3224和p3225嗎，怎么會是1呢？這里得講到進程的創建和死亡的過程，在p3224和p3225執行完第二個循環后，main函數就該退出了，也即進程該死亡了，因為它已經做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就沒有父進程了，這在操作系統是不被允許的，所以p3226，p3227的父進程就被置為p1了，p1是永遠不會死亡的，至于為什么，這里先不介紹，留到“三、fork高階知識”講。
    總結一下，這個程序執行的流程如下：

     這個程序最終產生了3個子進程，執行過6次printf（）函數。
    我們再來看一份代碼：

/*
 *  fork_test.c
 *  version 3
 *  Created on: 2010-5-29
 *      Author: wangth
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
   int i=0;
   for(i=0;i<3;i++){
       pid_t fpid=fork();
       if(fpid==0)
    	   printf("son/n");
       else
    	   printf("father/n");
   }
   return 0;

}

     它的執行結果是：
    father
    son
    father
    father
    father
    father
    son
    son
    father
    son
    son
    son
    father
    son
    這里就不做詳細解釋了，只做一個大概的分析。
    for        i=0         1           2
              father     father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
               son       father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
    其中每一行分別代表一個進程的運行打印結果。
    總結一下規律，對于這種N次循環的情況，執行printf函數的次數為2*（1+2+4+……+2^N-1）次，創建的子進程數為1+2+4+……+2^N-1個。(感謝gao_jiawei網友指出的錯誤，原本我的結論是“執行printf函數的次數為2*（1+2+4+……+2^N）次，創建的子進程數為1+2+4+……+2^N
”，這是錯的)
    網上有人說N次循環產生2*（1+2+4+……+2^N）個進程，這個說法是不對的，希望大家需要注意。

    數學推理見http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（該博文的最后）。
    同時，大家如果想測一下一個程序中到底創建了幾個子進程，最好的方法就是調用printf函數打印該進程的pid，也即調用printf("%d/n",getpid());或者通過printf("+/n");來判斷產生了幾個進程。有人想通過調用printf("+");來統計創建了幾個進程，這是不妥當的。具體原因我來分析。
    老規矩，大家看一下下面的代碼：

/*
 *  fork_test.c
 *  version 4
 *  Created on: 2010-5-29
 *      Author: wangth
 */
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
	pid_t fpid;//fpid表示fork函數返回的值
	//printf("fork!");
	printf("fork!/n");
	fpid = fork();
	if (fpid < 0)
		printf("error in fork!");
	else if (fpid == 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());
	return 0;
}

    執行結果如下：
    fork!
    I am the parent process, my process id is 3361
    I am the child process, my process id is 3362
    如果把語句printf("fork!/n");注釋掉，執行printf("fork!");
    則新的程序的執行結果是：
    fork!I am the parent process, my process id is 3298
    fork!I am the child process, my process id is 3299
    程序的唯一的區別就在于一個/n回車符號，為什么結果會相差這么大呢？
    這就跟printf的緩沖機制有關了，printf某些內容時，操作系統僅僅是把該內容放到了stdout的緩沖隊列里了,并沒有實際的寫到屏幕上。但是,只要看到有/n 則會立即刷新stdout,因此就馬上能夠打印了。
    運行了printf("fork!")后,“fork!”僅僅被放到了緩沖里,程序運行到fork時緩沖里面的“fork!”  被子進程復制過去了。因此在子進程度stdout緩沖里面就也有了fork! 。所以,你最終看到的會是fork!  被printf了2次！！！！
    而運行printf("fork! /n")后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子進程里的stdout緩沖里不會有fork! 內容。因此你看到的結果會是fork! 被printf了1次！！！！
    所以說printf("+");不能正確地反應進程的數量。
    大家看了這么多可能有點疲倦吧，不過我還得貼最后一份代碼來進一步分析fork函數。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   return 0;
}

    問題是不算main這個進程自身，程序到底創建了多少個進程。
    為了解答這個問題，我們先做一下弊，先用程序驗證一下，到此有多少個進程。

#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   printf("+/n");
}

    答案是總共20個進程，除去main進程，還有19個進程。
    我們再來仔細分析一下，為什么是還有19個進程。
    第一個fork和最后一個fork肯定是會執行的。
    主要在中間3個fork上，可以畫一個圖進行描述。
    這里就需要注意&&和||運算符。
    A&&B，如果A=0，就沒有必要繼續執行&&B了；A非0，就需要繼續執行&&B。
    A||B，如果A非0，就沒有必要繼續執行||B了，A=0，就需要繼續執行||B。
    fork()對于父進程和子進程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支進行畫圖，可以得出5個分支。

     加上前面的fork和最后的fork，總共4*5=20個進程，除去main主進程，就是19個進程了。

看完上述內容，你們掌握linux fork() 函數應用及介紹是怎樣的的方法了嗎？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！