linux进程创建c语言,Linux中使用C语言的fork()函数创建子进程的实例教程

一、fork入门知识一个进程&＃xff0c;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&＃xff0c;也就是两个进程可以做完全相同的事&＃xff0c;但如果初始参数或者传入的变量不同&＃xff0c;两个进程也可以做不同的事。

一个进程调用fork()函数后&＃xff0c;系统先给新的进程分配资源&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff1a;

#include

#include

int main ()

{

pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值

int count&＃61;0;

fpid&＃61;fork();

if (fpid <0)

printf("error in fork!");

else if (fpid &＃61;&＃61; 0) {

printf("i am the child process, my process id is %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&＃43;&＃43;;

}

else {

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

printf("我是孩子他爹/n");

count&＃43;&＃43;;

}

printf("统计结果是: %d/n",count);

return 0;

}

运行结果是&＃xff1a;

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&＃61;fork()之前&＃xff0c;只有一个进程在执行这段代码&＃xff0c;但在这条语句之后&＃xff0c;就变成两个进程在执行了&＃xff0c;这两个进程的几乎完全相同&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;却能够返回两次&＃xff0c;它可能有三种不同的返回值&＃xff1a;

1)在父进程中&＃xff0c;fork返回新创建子进程的进程ID&＃xff1b;

2)在子进程中&＃xff0c;fork返回0&＃xff1b;

3)如果出现错误&＃xff0c;fork返回一个负值&＃xff1b;

在fork函数执行完毕后&＃xff0c;如果创建新进程成功&＃xff0c;则出现两个进程&＃xff0c;一个是子进程&＃xff0c;一个是父进程。在子进程中&＃xff0c;fork函数返回0&＃xff0c;在父进程中&＃xff0c;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&＃xff0c;进程形成了链表&＃xff0c;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&＃xff0c;所以其fpid为0.

fork出错可能有两种原因&＃xff1a;

1)当前的进程数已经达到了系统规定的上限&＃xff0c;这时errno的值被设置为EAGAIN。

2)系统内存不足&＃xff0c;这时errno的值被设置为ENOMEM。

创建新进程成功后&＃xff0c;系统中出现两个基本完全相同的进程&＃xff0c;这两个进程执行没有固定的先后顺序&＃xff0c;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)&＃xff0c;可以通过getpid()函数获得&＃xff0c;还有一个记录父进程pid的变量&＃xff0c;可以通过getppid()函数获得变量的值。

fork执行完毕后&＃xff0c;出现两个进程&＃xff0c;

有人说两个进程的内容完全一样啊&＃xff0c;怎么打印的结果不一样啊&＃xff0c;那是因为判断条件的原因&＃xff0c;上面列举的只是进程的代码和指令&＃xff0c;还有变量啊。

执行完fork后&＃xff0c;进程1的变量为count&＃61;0&＃xff0c;fpid&＃xff01;&＃61;0(父进程)。进程2的变量为count&＃61;0&＃xff0c;fpid&＃61;0(子进程)&＃xff0c;这两个进程的变量都是独立的&＃xff0c;存在不同的地址中&＃xff0c;不是共用的&＃xff0c;这点要注意。可以说&＃xff0c;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处开始的&＃xff0c;这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份&＃xff0c;执行fork时&＃xff0c;进程已经执行完了int count&＃61;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&＃xff1a;

#include

#include

int main(void)

{

int i&＃61;0;

printf("i son/pa ppid pid fpid/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&＃61;0;i<2;i&＃43;&＃43;){

pid_t fpid&＃61;fork();

if(fpid&＃61;&＃61;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;

}

运行结果是&＃xff1a;

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&＃xff0c;我们来认真分析一下&＃xff1a;

第一步&＃xff1a;在父进程中&＃xff0c;指令执行到for循环中&＃xff0c;i&＃61;0&＃xff0c;接着执行fork&＃xff0c;fork执行完后&＃xff0c;系统中出现两个进程&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff1a;

p2043->p3224->p3225

第一次fork后&＃xff0c;p3224(父进程)的变量为i&＃61;0&＃xff0c;fpid&＃61;3225(fork函数在父进程中返向子进程id)&＃xff0c;代码内容为&＃xff1a;

for(i&＃61;0;i<2;i&＃43;&＃43;){

pid_t fpid&＃61;fork();//执行完毕&＃xff0c;i&＃61;0&＃xff0c;fpid&＃61;0

if(fpid&＃61;&＃61;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;

所以打印出结果&＃xff1a;

0 parent 2043 3224 3225

0 child 3224 3225 0

第二步&＃xff1a;假设父进程p3224先执行&＃xff0c;当进入下一个循环时&＃xff0c;i&＃61;1&＃xff0c;接着执行fork&＃xff0c;系统中又新增一个进程p3226&＃xff0c;对于此时的父进程&＃xff0c;p2043->p3224(当前进程)->p3226(被创建的子进程)。

对于子进程p3225&＃xff0c;执行完第一次循环后&＃xff0c;i&＃61;1&＃xff0c;接着执行fork&＃xff0c;系统中新增一个进程p3227&＃xff0c;对于此进程&＃xff0c;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&＃xff0c;现在变成p3227的父进程。父子是相对的&＃xff0c;这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork&＃xff0c;该进程就变成了父进程了&＃xff0c;就打印出了parent。

所以打印出结果是&＃xff1a;

1 parent 2043 3224 3226

1 parent 3224 3225 3227

第三步&＃xff1a;第二步创建了两个进程p3226&＃xff0c;p3227&＃xff0c;这两个进程执行完printf函数后就结束了&＃xff0c;因为这两个进程无法进入第三次循环&＃xff0c;无法fork&＃xff0c;该执行return 0;了&＃xff0c;其他进程也是如此。

以下是p3226&＃xff0c;p3227打印出的结果&＃xff1a;

1 child 1 3227 0

1 child 1 3226 0

细心的读者可能注意到p3226&＃xff0c;p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗&＃xff0c;怎么会是1呢&＃xff1f;这里得讲到进程的创建和死亡的过程&＃xff0c;在p3224和p3225执行完第二个循环后&＃xff0c;main函数就该退出了&＃xff0c;也即进程该死亡了&＃xff0c;因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后&＃xff0c;p3226&＃xff0c;p3227就没有父进程了&＃xff0c;这在操作系统是不被允许的&＃xff0c;所以p3226&＃xff0c;p3227的父进程就被置为p1了&＃xff0c;p1是永远不会死亡的&＃xff0c;至于为什么&＃xff0c;这里先不介绍&＃xff0c;留到“三、fork高阶知识”讲。

总结一下&＃xff0c;这个程序执行的流程如下&＃xff1a;

这个程序最终产生了3个子进程&＃xff0c;执行过6次printf()函数。

我们再来看一份代码&＃xff1a;

#include

#include

int main(void)

{

int i&＃61;0;

for(i&＃61;0;i<3;i&＃43;&＃43;){

pid_t fpid&＃61;fork();

if(fpid&＃61;&＃61;0)

printf("son/n");

else

printf("father/n");

}

return 0;

}

它的执行结果是&＃xff1a;

father

son

father

father

father

father

son

son

father

son

son

son

father

son

这里就不做详细解释了&＃xff0c;只做一个大概的分析。

for i&＃61;0 1 2

father father father

son

son father

son

son father father

son

son father

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&＃xff0c;对于这种N次循环的情况&＃xff0c;执行printf函数的次数为2*(1&＃43;2&＃43;4&＃43;……&＃43;2N)次&＃xff0c;创建的子进程数为1&＃43;2&＃43;4&＃43;……&＃43;2N个。

网上有人说N次循环产生2*(1&＃43;2&＃43;4&＃43;……&＃43;2N)个进程&＃xff0c;这个说法是不对的&＃xff0c;希望大家需要注意。

同时&＃xff0c;大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程&＃xff0c;最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid&＃xff0c;也即调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("&＃43;/n");来判断产生了几个进程。有人想通过调用printf("&＃43;");来统计创建了几个进程&＃xff0c;这是不妥当的。具体原因我来分析。

老规矩&＃xff0c;大家看一下下面的代码&＃xff1a;

#include

#include

int main() {

pid_t fpid;//fpid表示fork函数返回的值

//printf("fork!");

printf("fork!/n");

fpid &＃61; fork();

if (fpid <0)

printf("error in fork!");

else if (fpid &＃61;&＃61; 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;

}

执行结果如下&＃xff1a;

fork!

I am the parent process, my process id is 3361

I am the child process, my process id is 3362

如果把语句printf("fork!/n");注释掉&＃xff0c;执行printf("fork!");

则新的程序的执行结果是&＃xff1a;

fork!I am the parent process, my process id is 3298

fork!I am the child process, my process id is 3299

程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号&＃xff0c;为什么结果会相差这么大呢&＃xff1f;

这就跟printf的缓冲机制有关了&＃xff0c;printf某些内容时&＃xff0c;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&＃xff01;&＃xff01;&＃xff01;&＃xff01;

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&＃xff01;&＃xff01;&＃xff01;&＃xff01;

所以说printf("&＃43;");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&＃xff0c;不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。

#include

#include

int main(int argc, char* argv[])

{

fork();

fork() && fork() || fork();

fork();

return 0;

}

问题是不算main这个进程自身&＃xff0c;程序到底创建了多少个进程。

为了解答这个问题&＃xff0c;我们先做一下弊&＃xff0c;先用程序验证一下&＃xff0c;到此有多少个进程。

答案是总共20个进程&＃xff0c;除去main进程&＃xff0c;还有19个进程。

我们再来仔细分析一下&＃xff0c;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&＃xff0c;可以画一个图进行描述。

这里就需要注意&&和||运算符。

A&&B&＃xff0c;如果A&＃61;0&＃xff0c;就没有必要继续执行&&B了&＃xff1b;A非0&＃xff0c;就需要继续执行&&B。

A||B&＃xff0c;如果A非0&＃xff0c;就没有必要继续执行||B了&＃xff0c;A&＃61;0&＃xff0c;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&＃xff0c;按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图&＃xff0c;可以得出5个分支。