【Linux系统编程】fork() 函数详解
需要的头文件:
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
功能:
用于从一个已存在的进程中创建一个新进程,新进程称为子进程,原进程称为父进程。
参数:
无
返回值:
成功:子进程中返回 0,父进程中返回子进程 ID。pid_t,为无符号整型。
失败:返回 -1。
失败的两个主要原因是:
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。
测试示例如下:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main(void)
{fork();// 获取进程号 printf("pid = %d\n", getpid());return 0;
}
运行结果如下:
从运行结果,我们可以看出,fork() 之后的打印函数打印了两次,而且打印了两个进程号,这说明,fork() 之后确实创建了一个新的进程,新进程为子进程,原来的进程为父进程。
那子进程长什么样的呢?
使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品,它从父进程处继承了整个进程的地址空间:包括进程上下文(进程执行活动全过程的静态描述)、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。子进程所独有的只有它的进程号,计时器等(只有小量信息)。因此,使用 fork() 函数的代价是很大的。
简单来说, 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。
实际上,更准确来说,Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间,而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间,从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说,资源的复制是在需要写入的时候才会进行,在此之前,只有以只读方式共享。
子进程是父进程的一个复制品,可以简单认为父子进程的代码一样的。那大家想过没有,这样的话,父进程做了什么事情,子进程也做什么事情(如上面的例子),是不是不能实现满足我们实现多任务的要求呀,那我们是不是要想个办法区别父子进程呀,这就通过 fork() 的返回值。
fork() 函数被调用一次,但返回两次。两次返回的区别是:子进程的返回值是 0,而父进程的返回值则是新子进程的进程 ID。
测试示例如下:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main(int argc, char *argv[])
{pid_t pid;pid = fork();if( pid < 0 ){ // 没有创建成功perror("fork");}if(0 == pid){ // 子进程while(1){printf("I am son\n");sleep(1);}}else if(pid > 0){ // 父进程while(1){printf("I am father\n");sleep(1);}}return 0;
}
运行结果如下:
通过运行结果,可以看到,父子进程各做一件事(各自打印一句话)。这里,我们只是看到只有一份代码,实际上,fork() 以后,有两个地址空间在独立运行着,有点类似于有两个独立的程序(父子进程)在运行着。需要注意的是,在子进程的地址空间里,子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。
一般来说,在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。
下面的例子,为验证父子进程各自的地址空间是独立的:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int a = 10; // 全局变量int main(int argc, char *argv[])
{int b = 20; //局部变量pid_t pid;pid = fork();if( pid < 0 ){ // 没有创建成功perror("fork");}if(0 == pid){ // 子进程a = 111;b = 222; // 子进程修改其值printf("son: a = %d, b = %d\n", a, b);}else if(pid > 0){ // 父进程sleep(1); // 保证子进程先运行printf("father: a = %d, b = %d\n", a, b);}return 0;
}
运行结果如下:
通过得知,在子进程修改变量 a,b 的值,并不影响到父进程 a,b 的值。
在以后的编程中,fork() 之后最好是加上判断,区别哪个是子进程的空间,哪个为父进程的空间,否则,fork() 以后的代码为父子进程各有一份,对于用户而言,没有太大意义,如例子1。
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