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：linux中fork（）函数详解（原创！！实例讲解）_jason314的博客-CSDN博客_fork()函数

一、fork入门知识

一个进程，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，

也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

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。

我们来看一个例子：

/**  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函数返回的值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("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。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("统计结果是: %d/n",count);return 0;
}

运行结果是：
    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=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎完全相同，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，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，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
    1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
    2）在子进程中，fork返回0；
    3）如果出现错误，fork返回一个负值；

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，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，进程形成了链表，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，所以其fpid为0.

fork出错可能有两种原因：
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。

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

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

执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，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处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=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 <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{ int i=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=0;i<2;i++){ pid_t fpid=fork(); if(fpid==0) printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid); //getpid返回当前进程标识，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：

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，我们来认真分析一下：

1、第一步：在父进程中，指令执行到for循环中，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，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，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：

p2043->p3224->p3225
第一次fork后，p3224（父进程）的变量为i=0，fpid=3225（fork函数在父进程中返向子进程id），代码内容为：

   for(i=0;i<2;i++){pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=3225if(fpid==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=0，fpid=0（fork函数在子进程中返回0），代码内容为：

for(i=0;i<2;i++){  pid_t fpid=fork();//执行完毕，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;

所以打印出结果：
    0 parent 2043 3224 3225
    0 child 3224 3225    0
    第二步：假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时，i=1，接着执行fork，系统中又新增一个进程p3226，对于此时的父进程，p2043->p3224（当前进程）->p3226（被创建的子进程）。
    对于子进程p3225，执行完第一次循环后，i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，对于此进程，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，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。
    所以打印出结果是：
    1 parent 2043 3224 3226
    1 parent 3224 3225 3227
    第三步：第二步创建了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，因为这两个进程无法进入第三次循环，无法fork，该执行return 0;了，其他进程也是如此。
    以下是p3226，p3227打印出的结果：
    1 child     1 3227    0
    1 child     1 3226    0
    细心的读者可能注意到p3226，p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？这里得讲到进程的创建和死亡的过程，在p3224和p3225执行完第二个循环后，main函数就该退出了，也即进程该死亡了，因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操作系统是不被允许的，所以p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的，至于为什么，这里先不介绍，留到“三、fork高阶知识”讲。
    总结一下，这个程序执行的流程如下：

这个程序最终产生了3个子进程，执行过6次printf（）函数。
我们再来看一份代码：

/* *  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;
}

它的执行结果是：

fathersonfatherfatherfatherfathersonsonfathersonsonsonfatherson

这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。
    for        i=0         1           2
              father     father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
               son       father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
    其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
    总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。(感谢gao_jiawei网友指出的错误，原本我的结论是“执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N ”，这是错的)
    网上有人说N次循环产生2*（1+2+4+……+2N）个进程，这个说法是不对的，希望大家需要注意。

数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（该博文的最后）。
同时，大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("+/n");来判断产生了几个进程。有人想通过调用printf("+");来统计创建了几个进程，这是不妥当的。具体原因我来分析。
老规矩，大家看一下下面的代码：

/* *  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函数返回的值  //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;
}

执行结果如下：

执行结果如下：
    fork!
    I am the parent process, my process id is 3361
    I am the child process, my process id is 3362
    如果把语句printf("fork!/n");注释掉，执行printf("fork!");
    则新的程序的执行结果是：
    fork!I am the parent process, my process id is 3298
    fork!I am the child process, my process id is 3299
    程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？
    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("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！！！！
    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！！！！
    所以说printf("+");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，不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
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，程序到底创建了多少个进程。
为了解答这个问题，我们先做一下弊，先用程序验证一下，到此有多少个进程。

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

答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。
我们再来仔细分析一下，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，可以画一个图进行描述。

这里就需要注意&&和||运算符。

A&&B，如果A=0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就需要继续执行&&B。

A||B，如果A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，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，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，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，我先写到这里，下次找个时间我争取把剩下的内容补齐。

参考资料：

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：：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，面试官出了一个如下的题目：

给出如下c程序，在linux下使用gcc编译：

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

要求如下：

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，没有其它新进程执行。

1、请说出执行这个程序后，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”，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，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，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，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，其中1一般是特殊进程init，其它进程从2开始依次编号。当用完32768后，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，init为根节点，其它进

此文来自: 马开东博客转载请注明出处网址：

程均有父进程，某进程的父进程就是启动这个进程的进程，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，但是是一个全新的进程，并作为原进程的子进程。

　　解题的关键

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

上图表示一个含有fork的程序，而fork语句可以看成将程序切为a、b两个部分。然后整个程序会如下运行：

step1、设由shell直接执行程序，生成了进程p。p执行完part. a的所有代码。

step2、当执行到pid = fork();时，p启动一个进程q，q是p的子进程，和p是同一个程序的进程。q继承p的所有变量、环境变量、程序计数器的当前值。

step3、在p进程中，fork()将q的pid返回给变量pid，并继续执行part. b的代码。

step4、在进程q中，将0赋给pid，并继续执行part. b的代码。

这里有三个点非常关键:

1、p执行了所有程序，而q只执行了part. b，即fork()后面的程序。（这是因为q继承了p的pc-程序计数器）

2、q继承了fork()语句执行时当前的环境，而不是程序的初始环境。

3、p中fork()语句启动子进程q，并将q的pid返回，而q中的fork()语句不启动新进程，仅将0返回。

　　解题

下面利用上

此文来自: 马开东博客转载请注明出处网址：

文阐述的知识进行解题。这里我把两个问题放在一起进行分析。

1、从shell中执行此程序，启动了一个进程，我们设这个进程为p0，设其pid为xxx（解题过程不需知道其pid）。

2、当执行到pid1 = fork();时，p0启动一个子进程p1，由题目知p1的pid为1001。我们暂且不管p1。

3、p0中的fork返回1001给pid1，继续执行到pid2 = fork();，此时启动另一个新进程，设为p2，由题目知p2的pid为1002。同样暂且不管p2。

4、p0中的第二个fork返回1002给pid2，继续执行完后续程序，结束。所以，p0的结果为“pid1:1001, pid2:1002”。

5、再看p2，p2生成时，p0中pid1=1001，所以p2中pid1继承p0的1001，而作为子进程pid2=0。p2从第二个fork后开始执行，结束后输出“pid1:1001, pid2:0”。

6、接着看p1，p1中第一条fork返回0给pid1，然后接着执行后面的语句。而后面接着的语句是pid2 = fork();执行到这里，p1又产生了一个新进程，设为p3。先不管p3。

7、p1中第二条fork将p3的pid返回给pid2，由预备知识知p3的pid为1003，所以p1的pid2=1003。p1继续执行后续程序，结束，输出“pid1:0, pid2:1003”。

8、p3作为p1的子进程，继承p1中pid1=0，并且第二条fork将0返回给pid2，所以p3最后输出“pid1:0, pid2:0”。

9、至此，整个执行过程完毕。

所得答案：

1、一共执行了四个进程。（p0, p1, p2, p3）

2、另外几个进程的输出分别为：

pid1:1001, pid2:0

pid1:0, pid2:1003

pid1:0, pid2:0

进一步可以给出一个以p0为根的进程树：

　　验证

下面我们去linux下实际执行这个程序，来验证我们的答案。

程序如下图：

用gcc编译、执行后结果如下：

由于我们不太可能刚巧碰上pid分配到1001的情况，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，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，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

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