关于fork()函数的精辟分析

第一贴：cu上关于fork()函数的精辟分析
声明：在别人的博客上看到这篇文章，真的很精辟，把问题一下子讲清楚了。所以，特意转贴在此，向各位高人致敬，也向原贴主致谢！本人不改变原贴的风貌。       查看原文 
                                   
作者:ccf  发表于：2006-04-01 17:11:01

#include ;
#include ;

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 %dn",getpid());

          else

                  printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid());

}

结果是
[root@localhost c]# ./a.out
i am the child process, my process id is 4286
i am the parent process, my process id is 4285

我就想不到为什么两行都打印出来了，在我想来，不管pid是多少，都应该只有一行才对

 

chg.s 回复于：2004-04-27 21:09:30

要搞清楚fork的执行过程，就必须先讲清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程，主要包含三个元素：

o. 一个可以执行的程序；
o. 和该进程相关联的全部数据（包括变量，内存空间，缓冲区等等）；
o. 程序的执行上下文（execution context）。
不妨简单理解为，一个进程表示的，就是一个可执行程序的一次执行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理，典型的情况，是通过进程表完成的。进程表中的每一个表项，记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单 CPU的情况而言，每一特定时刻只有一个进程占用 CPU，但是系统中可能同时存在多个活动的（等待执行或继续执行的）进程。
一个称为“程序计数器（program counter, pc）”的寄存器，指出当前占用 CPU的进程要执行的下一条指令的位置。
当分给某个进程的 CPU时间已经用完，操作系统将该进程相关的寄存器的值，保存到该进程在进程表中对应的表项里面；把将要接替这个进程占用 CPU的那个进程的上下文，从进程表中读出，并更新相应的寄存器（这个过程称为“上下文交换(process context switch)”，实际的上下文交换需要涉及到更多的数据，那和fork无关，不再多说，主要要记住程序寄存器pc指出程序当前已经执行到哪里，是进程上下文的重要内容，换出 CPU的进程要保存这个寄存器的值，换入CPU的进程，也要根据进程表中保存的本进程执行上下文信息，更新这个寄存器）。
好了，有这些概念打底，可以说fork了。当你的程序执行到下面的语句：pid=fork(); 
操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器pc，在父、子进程的上下文中都声称，这个进程目前执行到fork调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳。
父进程继续执行，操作系统对fork的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid（一个正整数），所以下面的if语句中pid<0, pid==0的两个分支都不会执行。所以输出i am the parent process...
子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占据 CPU，操作系统对fork的实现，使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，虽然是同一个程序，但是这是同一个程序的另外一次执行，在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的，从执行的角度说和父进程相互独立）中pid=0。这个进程继续执行的过程中，if语句中pid<0不满足，但是pid==0是true。所以输出i am the child process...
我想你比较困惑的就是，为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了。在一个程序的一次执行中，这当然是不可能的；但是你看到的两行输出是来自两个进程，这两个进程来自同一个程序的两次执行。
我的天，不知道说明白了没…… 

zhaojinbo 回复于：2004-04-28 12:35:50

fork之后，操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程，虽说是父子关系，但是在操作系统看来，他们更像兄弟关系，这2个进程共享代码空间，但是数据空间是互相独立的，子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝，指令指针也完全相同，但只有一点不同，如果fork成功，子进程中fork的返回值是0，父进程中fork的返回值是子进程的进程号，如果fork不成功，父进程会返回错误。
可以这样想象，2个进程一直同时运行，而且步调一致，在fork之后，他们分别作不同的工作，也就是分岔了。这也是fork为什么叫fork的原因。
至于那一个最先运行，可能与操作系统有关，而且这个问题在实际应用中并不重要，如果需要父子进程协同，可以通过原语的办法解决。

 

sniper 回复于：2004-04-28 22:11:15

哦，偶明白了，在程序段里用了fork();之后程序出了分岔，派生出了两个进程。具体哪个先运行就看该系统的调度算法了。
在这里，我们可以这么认为，在运行到"pid=fork();"时系统派生出一个跟主程序一模一样的子进程。该进程的"pid=fork();"一句中pid得到的就是子进程本身的pid；子进程结束后，父进程的"pid=fork();"中pid得到的就是父进程本身的pid。因此该程序有两行输出。

注：此处不准确，在子进程中pid的值为0，通过getpid可以获取子进程的进程id；在父进程中pid为父进程编号。

勘误：父进程中的pid值为子进程进程号，只有父进程执行的getpid()才是他自己的进程号。寒，彻底的in了   
（yanh_lzu：看了这两个错误的说法，相信大家都不会犯错误了。）

 

jjl3 回复于：2004-07-14 11:43:20

我做如下修改

#include ; 
#include ; 
main () 
{ 
          pid_t pid; 
          printf("fork!");      // printf("fork!n");
          pid=fork(); 

          if (pid < 0) 
                  printf("error in fork!"); 
          else if (pid == 0) 
                  printf("i am the child process, my process id is %dn",getpid()); 
          else 
                  printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid()); 
}

 

结果是 
[root@localhost c]# ./a.out 
fork!i am the child process, my process id is 4286 
fork!i am the parent process, my process id is 4285

但我改成printf("fork!n");后，结果是
[root@localhost c]# ./a.out
fork! 
i am the child process, my process id is 4286 
i am the parent process, my process id is 4285

为什么只有一个fork!打印出来了？上一个为什么有2个？

 

bashfulboy 回复于：2004-07-14 22:10:52

我也来一下:
wujiajia 的理解有些错误,
printf("AAAAAAAA");//print 一次；     这里会print 2次
如果你将 printf("AAAAAA") 换成 printf("AAAAAAn")     那么就是只打印一次了.
主要的区别是因为有了一个 n    回车符号
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("AAAAAA") 后, AAAAAA 仅仅被放到了缓冲里,再运行到fork时,缓冲里面的 AAAAAA 被子进程继承了
因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了 AAAAAA.
所以,你最终看到的会是 AAAAAA 被printf了2次!!!!
而运行 printf("AAAAAAn")后, AAAAAA 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 AAAAAA 内容
因此你看到的结果会是 AAAAAA 被printf了1次!!!!

（精要）

 

albcamus 回复于：2005-03-08 15:56:11

>;>;派生子进程的pid变量并没有被改变是什么意思 对于子进程来讲pid不就是0吗 

1,派生子进程的进程，即父进程，其pid不变；
2,对子进程来说，fork返回给它0,但它的pid绝对不会是0；之所以fork返回0给它，是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid；
3,楼上的楼上的你的观点是对的，fork之后夫子进程除非采用了同步手段，否则不能确定谁先运行，也不能确定谁先结束。认为子进程结束后父进程才从fork返回的，这是不对的，fork不是这样的，vfork才这样。

看过技术贴，再来看文档，就一下子理解了。  查看下文出处   
第二贴：fork函数与vfork函数
一、fork
1. 调用方法
#include
#include
pid_t fork(void);
正确返回：在父进程中返回子进程的进程号，在子进程中返回0
错误返回：-1
      子进程是父进程的一个拷贝。即，子进程从父进程得到了数据段和堆栈段的拷贝，这些需要分配新的内存；而对于只读的代码段，通常使用共享内存的方式访问。fork返回后，子进程和父进程都从调用fork函数的下一条语句开始执行。
      父进程与子进程的不同之处在于：fork的返回值不同——父进程中的返回值为子进程的进程号，而子进程为0
2. fork函数调用的用途
⑴ 一个进程希望复制自身，从而父子进程能同时执行不同段的代码。
⑵ 进程想执行另外一个程序
二、vfork
1. 调用方法
与fork函数完全相同
#include
#include
pid_t fork(void);
正确返回：在父进程中返回子进程的进程号，在子进程中返回0
错误返回：-1
2. vfork函数调用的用途
        用vfork创建的进程主要目的是用exec函数执行另外的程序，与fork的第二个用途相同
三、fork与vfork的区别
1. fork要拷贝父进程的数据段；而vfork则不需要完全拷贝父进程的数据段，在子进程没有调用exec和exit之前，子进程与父进程共享数据段
2. fork不对父子进程的执行次序进行任何限制；而在vfork调用中，子进程先运行，父进程挂起，直到子进程调用了exec或exit之后，父子进程的执行次序才不再有限制
四、结束子进程
      结束子进程不用exit(0)，而使用_exit(0)。这是因为_exit(0)在结束进程时，不对标准I/O流进行任何操作。而exit(0)则会关闭进程的所有标准I/O流。

人家说的理解了，自己来试试看：     下文出处    
首先是：jiangdamalong    2006-05-27 17:17:30 在 Linux/Unix社区 / 程序开发区 提问
先看一个程序  
  main()  
   {  
       pid_t    pid;  
       if(pid=fork()<0)  
       {  
           printf("error!");  
       }  
       else  
       {  
             if(pid==0)  
             printf("a\n");  
             else  
             printf("b\n");  
       }  
   }  
   结果是返回a,b或者b,a  
   因为fork调用将执行两次返回分别从子进程和父进程返回  
   由于父进程和子进程无关，父进程与子进程都可能先返回  
   
   在看一个程序  
   
   main()  
   {  
       pid_t    a_pid,b_fork;  
       if(a_pid=fork()<0)  
       {  
           printf("error!");  
       }  
       else  
       {  
             if(a_pid==0)  
             printf("b\n");  
             else  
             printf("a\n");  
       }  
   
       if(b_pid=fork()<0)  
       {  
           printf("error!");  
       }  
       else  
       {  
             if(b_pid==0)  
             printf("c\n");  
             else  
             printf("a\n");  
       }  
   }  
   
   如果是创建两个进程则出现结果  
   b  
   c  
   a  
   a  
   c  
   a  
   为什么会返回6个字母？？？？？？？？？？？
    然后是 anguxiang 的回答：
       事实上，理解fork()的关键在于它的返回点在哪里。fork最特殊的地方就在于他有两个甚至三个返回值，注意是同时返回两个值。其中pid=0的这个返回值用来执行子进程的代码，而大于0的一个返回值为父进程的代码块。第一次fork调用的时候生叉分为两个进程，不妨设为a父进程和b子进程。他们分别各自在第二次fork调用之前打印了b和a各一次；在第一次叉分的这两个进程中都含有  
   if(b_pid=fork()<0)  
   {  
   printf("error!");  
   }  
   else  
   {  
   if(b_pid==0)  
   printf("c\n");  
   else  
   printf("a\n");  
   }  
   }  
   这段代码。很明显，a父进程和b子进程在这段代码中又各自独立的被叉分为两个进程。这两个进程每个进程又都打印了a,c各一次。到此，在程序中总共打印三次a两次c和一次b。总共6个字母。  
   注：在第一次叉分为两个进程的时候父子进程含有完全相同的代码（第二次仍然相同），只是因为在父子进程中返回的PID的值不同，父进程代码中的PID的值大于0，子进程代码中的值等于0，从而通过if这样的分支选择语句来执行各自的任务。
   结束：向上面提到的高人们致敬！