Fork函数理解.docx
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Fork函数理解
Fork函数理解
对于刚刚接触Unix/Linux操作系统，在Linux下编写多进程的人来说，fork是最难理解的概念之一：
它执行一次却返回两个值。
首先我们来看下fork函数的原型：
＃include
＃include
pid_tfork（void）;
返回值：
负数：
如果出错，则fork（）返回-1,此时没有创建新的进程。
最初的进程仍然运行。
零：
在子进程中，fork（）返回0
正数：
在负进程中，fork（）返回正的子进程的PID
其次我们来看下如何利用fork创建子进程。
创建子进程的样板代码如下所示：
pid_tchild;
if（（child=fork（））<0）
/*错误处理*/
elseif（child==0）
/*这是新进程*/
else
/*这是最初的父进程*/
fock函数调用一次却返回两次；向父进程返回子进程的ID，向子进程中返回0，
这是因为父进程可能存在很多过子进程，所以必须通过这个返回的子进程ID来跟踪子进程，
而子进程只有一个父进程，他的ID可以通过getppid取得。
下面我们来对比一下两个例子：
第一个：
#include
#include
intmain（）
{
pid_tpid;
intcount=0;
pid=fork（）;
printf（"Thisisfirsttime,pid=%d\n",pid）;
printf（"ThisissecONdtime,pid=%d\n",pid）;
count++;
printf（"count=%d\n",count）;
if（pid>0）
{
printf（"Thisistheparentprocess,thechildhasthepid:
%d\n",pid）;
}
elseif（!
pid）
{
printf（"ThisisthechildProcess.\n"）
}
else
{
printf（"forkfailed.\n"）;
}
printf（"Thisisthirdtime,pid=%d\n",pid）;
printf（"Thisisfouthtime,pid=%d\n",pid）;
return0;
}
运行结果如下：
问题：
这个结果很奇怪了，为什么printf的语句执行两次，而那句“count++;”的语句却只执行了一次
接着看：
#include
#include
intmain（void）
{
pid_tpid;
intcount=0;
pid=fork（）;
printf（"Now,thepidreturnedbycallingfork（）is%d\n",pid）;
if（pid>0）
{
printf（"ThisistheparentprocESS,thechildhasthepid:
%d\n",pid）;
printf（"Intheparentprocess,count=%d\n",count）;
}
elseif（!
pid）
{
printf（"Thisisthechildprocess.\n"）;
printf（"Doyourownthingshere.\n"）;
count++;
printf（"Inthechildprocess,count=%d\n",count）;
}
else
{
printf（"forkfailed.\n"）;
}
return0;
}
运行结果如下：
现在来解释上面提出的问题。
看这个程序的时候，头脑中必须首先了解一个概念：
在语句pid=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，这两个进程的代码部分完全相同，将要执行的下一条语句都是if（pid>0）……。
两个进程中，原先就存在的那个被称作“父进程”，新出现的那个被称作“子进程”。
父子进程的区别除了进程标志符（processID）不同外，变量pid的值也不相同，pid存放的是fork的返回值。
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；
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。
接下来我们来看看APUE2中对fork的说明：
Thenewprocesscreatedbyforkiscalledthechildprocess.Thisfunctioniscalledoncebutreturnstwice.Theonlydifferenceinthereturnsisthatthereturnvalueinthechildis0,whereasthereturnvalueintheparentistheprocessIDofthenewchild.Thereasonthechild'sprocessIDisreturnedtotheparentisthataprocesscanhavemorethanonechild,andthereisnofunctionthatallowsaprocesstoo^aintheprocessIDsofitschildren.Thereasonforkreturns0tothechildisthataprocesscanhaveonlyasingleparent,andthechildcanalwayscallgetppidtoo^aintheprocessIDofitsparent.（ProcessID0isreservedforusebythekernel,soit'snotpossiblefor0tobetheprocessIDofachild.）
被fork创建的新进程叫做自进程。
fork函数被调用一次，却两次返回。
返回值唯一的区别是在子进程中返回0，而在父进程中返回子进程的pid。
在父进程中要返回子进程的pid的原因是父进程可能有不止一个子进程，而一个进程又没有任何函数可以得到他的子进程的pid。
Boththechildandtheparentcontinueexecutingwiththeinstructionthatfollowsthecalltofork.Thechildisacopyoftheparent.Forexample,thechildgetsacopyoftheparent'sdataspace,heap,andstack.Notethatthisisacopyforthechild;theparentandthechilddonotsharetheseportionsofmemory.Theparentandthechildsharethetextsegment（Section7.6）.
子进程和父进程都执行在fork函数调用之后的代码，子进程是父进程的一个拷贝。
例如，父进程的数据空间、堆栈空间都会给子进程一个拷贝，而不是共享这些内存。
Currentimplementationsdon'tperform.acompletecopyoftheparent'sdata,stack,andheap,sinceaforkisoftenfollowedbyanexec.Instead,atechniquecalledcopy-on-write（COW）isused.Theseregionsaresharedbytheparentandthechildandhavetheirprotectionchangedbythekerneltoread-only.Ifeitherprocesstriestomodifytheseregions,thekernelthenmakesacopyofthatpieceofmemoryonly,typicallya"page"inavirtualmemorysystem.Section9.2ofBach[1986]andSections5.6and5.7ofMcKusicketal.[1996]providemoredetailonthisfeature.
我们来给出详细的注释
#include
#include
intmain（void）
{
pid_tpid;
intcount=0;
/*此处，执行fork调用，创建了一个新的进程，这个进程共享父进程的数据和堆栈空间等，这之后的代码指令为子进程创建了一个拷贝。
fock调用是一个复制进程，fock不象线程需提供一个函数做为入口，fock调用后，新进程的入口就在fock的下一条语句。
*/
pid=fork（）;
/*此处的pid的值，可以说明fork调用后，目前执行的是父进程还是子进程*/
printf（"Now,thepidreturnedbycallingfork（）is%d\n",pid）;
if（pid>0）
{
/*当fork在子进程中返回后，fork调用又向父进程中返回子进程的pid，如是该段代码被执行，但是注意的事，count仍然为0，因为父进程中的count始终没有被重新赋值,这里就可以看出子进程的数据和堆栈空间和父进程是独立的，而不是共享数据*/
printf（"Thisistheparentprocess,thechildhasthepid:
%d\n",pid）;
printf（"Intheparentprocess,count=%d\n",count）;
}
elseif（!
pid）
{/*在子进程中对count进行自加1的操作，但是并没有影响到父进程中的count值，父进程中的count值仍然为0*/
printf（"Thisisthechildprocess.\n"）;
printf（"Doyourownthingshere.\n"）;
count++;
printf（"Inthechildprocess,count=%d\n",count）;
}
else
{
printf（"forkfailed.\n"）;
}
return0;
}
也就是说，在Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就是"代码段"、"堆栈段"和"数据段"。
"代码段"，顾名思义，就是存放了程序代码的数据，假如机器中有数个进程运行相同的一个程序，那么它们就可以使用相同的代码段。
"堆栈段"存放的就是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量。
而数据段则存放程序的全局变量，常数以及动态数据分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得的空间）。
系统如果同时运行数个相同的程序，它们之间就不能使用同一个堆栈段和数据段。
仔细分析后，我们就可以知道：
一个程序一旦调用fork函数，系统就为一个新的进程准备了前述三个段，首先，系统让新的进程与旧的进程使用同一个代码段，因为它们的程序还是相同的，对于数据段和堆栈段，系统则复制一份给新的进程，这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。
fork（）不仅创建出与父进程代码相同的子进程，而且父进程在fork执行点的所有上下文场景也被自动复制到子进程中，包括：
——全局和局部变量
——打开的文件句柄
——共享内存、消息等同步对象
而如果两个进程要共享什么数据的话，就要使用另一套函数（shmget，shmat，shmdt等）来操作。
现在，已经是两个进程了，对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零，这样，对于程序，只要判断fork函数的返回值，就知道自己是处于父进程还是子进程中。
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