fork简介:
fork英文原意是“分岔,分支”的意思,而在操作系统中,乃是著名的Unix(或类Unix,如Linux,Minix)中用于创建子进程的系统调用。
【NOTE1】
fork () 的作用是什么?换句话说,你用 fork () 的目的是什么?
――是为了产生一个新的进程,地球人都知道 :)
产生一个什么样的进程?
――和你本来调用 fork () 的那个进程基本一样的进程,其实就是你原来进程的副本;
真的完全一样吗?
――当然不能完全一样,你要两个除了 pid 之外其它一模一样的进程干什么,就算memory
再多也不用这么摆谱吧?
哪里不一样?
――当然最重要的是 fork () 之后执行的代码不一样,you know, i know :)
怎么实现呢?
――如果是 Windows,它会让你在 fork () 里面提供一大堆东西,指明这个那个什么的……
我用的是 unix 啊
――所以很简单,unix 会让两个进程(不错,原来是一个,unix 替你复制了一个,现在有两个)
在 fork () 之后产生不同:返回值不同。其中一个进程(使用新的 pid)里面的 fork () 返回零,
这个进程就是“子进程”;而另一个进程(使用原来的 pid)中的 fork () 返回前面那个子进程的
pid,他自己被称为“父进程”
然后呢?
――写代码的人又不笨,当然就根据返回值是否非零来判断了,现在我是在子进程里面呢,还是在
父进程里面?在子进程里面就执行子进程该执行的代码,在父进程里面就执行父进程的代码……
有铁杆 windows fans 借此说明,windows 好啊,子进程用子进程的代码,父进程用父进程的,
你 unix 笨了吧,子进程包含父进程、子进程的代码,父进程包含父进程子进程的代码,岂不是多占用内存了吗?
――据我所知,unix 代码段都是可重入代码,也就是说,进程复制,并不复制代码段,若干个进程
共享同一代码段,增加的只是全局共享数据和对文件描述符的引用等,另外就是堆栈。你一个代码
长达 10M 的进程,fork () 出三四个子进程,只是增加一点内存占用(如果你没有使用很多全局变量
的话),而不是占用 40M 以上的内存。
【NOTE2】
程序 从 fork 开始分支 (称分支不准确), 一路是主进程 pid > 0 (pid 是子进程ID) 一路是子进程 pid == 0 自此分成两个任务
其实fork的时候已经两个分支了,数据段被复制了一份,因此pid有两份
执行pid=fork()时,返回值赋给pid在两个进程中运行,
fork会返回给父进程的那个>0的值,告诉调用者新建进程的pid
子进程的fork返回值是0
更不用说if...else的比较也是在两个进程中都做的了
【NOTE3】
fork的精辟剖析
程序如下:
#include <unistd.h>;
#include <sys/types.h>;
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
一:
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();
printf函数是什么意思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
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
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。
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。
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。
如果需要父子进程协同,可以通过原语的办法解决。
二:
进程的创建:
创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用fork函数就可以了.
#include <unistd.h>
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