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linux中fork()函数详解

从一道面试题谈linux下fork的运行机制

linux中fork()函数详解

原文&＃xff1a;linux中fork()函数详解(原创&＃xff01;&＃xff01;实例讲解)_jason314的博客-CSDN博客_fork()函数

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;

/** fork_test.c* version 1* Created on: 2010-5-29* Author: wangth*/
#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。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。

    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。

//------------------------------------------------------------以下还没研读-----------------------------------20190429

二、fork进阶知识

/** fork_test.c* version 2* Created on: 2010-5-29* Author: wangth*/
#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); //getpid返回当前进程标识&＃xff0c;getppid返回父进程标识。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;

1、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;3225if(fpid&＃61;&＃61;0)printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);elseprintf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);}return 0;

 p3225(子进程)的变量为i&＃61;0&＃xff0c;fpid&＃61;0(fork函数在子进程中返回0)&＃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;

/* * fork_test.c * version 3 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */
#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;

fathersonfatherfatherfatherfathersonsonfathersonsonsonfatherson

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-1)次&＃xff0c;创建的子进程数为1&＃43;2&＃43;4&＃43;……&＃43;2N-1个。(感谢gao_jiawei网友指出的错误&＃xff0c;原本我的结论是“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 ”&＃xff0c;这是错的)
    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。

    数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p&＃61;81(该博文的最后)。
    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;

/* * fork_test.c * version 4 * Created on: 2010-5-29 * Author: wangth */
#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;

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。

#include
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   printf("&＃43;/n");
}

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。

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&＃xff0c;我先写到这里&＃xff0c;下次找个时间我争取把剩下的内容补齐。

参考资料&＃xff1a;

      http://blog.csdn.net/dog_in_yellow/archive/2008/01/13/2041079.aspx

      http://blog.chinaunix.net/u1/53053/showart_425189.html

      http://blog.csdn.net/saturnbj/archive/2009/06/19/4282639.aspx

      http://www.cppblog.com/zhangxu/archive/2007/12/02/37640.html

      http://www.qqread.com/linux/2010/03/y491043.html

      http://www.yuanma.org/data/2009/1103/article_3998.htm

从一道面试题谈linux下fork的运行机制

2020-07-13 02:01:36 发布

(原文&＃xff1a;&＃xff1a;http://www.makaidong.com/%E5%8D%9A%E5%AE%A2%E5%9B%AD%E7%9F%A5%E8%AF%86%E5%BA%93/3519.shtml)

 今天一位朋友去一个不错的外企面试linux开发职位&＃xff0c;面试官出了一个如下的题目&＃xff1a;

      给出如下c程序&＃xff0c;在linux下使用gcc编译&＃xff1a;

#include "stdio.h"#include "sys/types.h"#include "unistd.h"int main(){pid_t pid1;pid_t pid2;pid1 &＃61; fork();pid2 &＃61; fork();printf("pid1:%d, pid2:%d\n", pid1, pid2);}


      要求如下&＃xff1a;

      已知从这个程序执行到这个程序的所有进程结束这个时间段内&＃xff0c;没有其它新进程执行。

      1、请说出执行这个程序后&＃xff0c;将一共运行几个进程。

      2、如果其中一个进程的输出结果是“pid1:1001, pid2:1002”&＃xff0c;写出其他进程的输出结果(不考虑进程执行顺序)。

      明显这道题的目的是考察linux下fork的执行机制。下面我们通过分析这个题目&＃xff0c;谈谈linux下fork的运行机制。

　　预备知识

      这里先列出一些必要的预备知识&＃xff0c;对linux下进程机制比较熟悉的朋友可以略过。

      1、进程可以看做程序的一次执行过程。在linux下&＃xff0c;每个进程有唯一的pid标识进程。pid是一个从1到32768的正整数&＃xff0c;其中1一般是特殊进程init&＃xff0c;其它进程从2开始依次编号。当用完32768后&＃xff0c;从2重新开始。

      2、linux中有一个叫进程表的结构用来存储当前正在运行的进程。可以使用“ps aux”命令查看所有正在运行的进程。

      3、进程在linux中呈树状结构&＃xff0c;init为根节点&＃xff0c;其它进

此文来自: 马开东博客 转载请注明出处 网址&＃xff1a;

程均有父进程&＃xff0c;某进程的父进程就是启动这个进程的进程&＃xff0c;这个进程叫做父进程的子进程。

      4、fork的作用是复制一个与当前进程一样的进程。新进程的所有数据(变量、环境变量、程序计数器等)数值都和原进程一致&＃xff0c;但是是一个全新的进程&＃xff0c;并作为原进程的子进程。

　　解题的关键

      有了上面的预备知识&＃xff0c;我们再来看看解题的关键。我认为&＃xff0c;解题的关键就是要认识到fork将程序切成两段。看下图&＃xff1a;

      用gcc编译、执行后结果如下&＃xff1a;

      由于我们不太可能刚巧碰上pid分配到1001的情况&＃xff0c;所以具体数值可能和答案有所差别。不过将这里的2710看做基数的话&＃xff0c;结果和我们上面的解答是一致的。

　　总结

      应该说这不是一道特别难或特别刁钻的题目&＃xff0c;但是由于fork函数

http://www.makaidong.com/%E5%8D%9A%E5%AE%A2%E5%9B%AD%E7%9F%A5%E8%AF%86%E5%BA%93/3519.shtml