代碼

#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <iostream> #include <errno.h>int main() {pid_t pid;pid = fork();if (pid < 0)std::cout << "error in fork! errno = " << errno << std::endl;else if (pid == 0)std::cout << "I am the child process, my process id is " << getpid() << std::endl;elsestd::cout << "I am the parent process, my process id is " << getpid() << std::endl;return 0; }

結(jié)果

I am the parent process, my process id is 24275 I am the child process, my process id is 24276

對(duì)于 fork() 函數(shù)，在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的 PID（ > 0 ），在子進(jìn)程中返回 0 。

1、那么 fork() 函數(shù)是如何實(shí)現(xiàn)在不同的進(jìn)程中返回不同的結(jié)果呢？

答案：

當(dāng)你的程序執(zhí)行到下面的語(yǔ)句：?

int pid = fork();?

操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程（子進(jìn)程），并且在進(jìn)程表中相應(yīng)為它建立一個(gè)新的表項(xiàng)。新進(jìn)程和原有進(jìn)程的可執(zhí)行程序是同一個(gè)程序。上下文和數(shù)據(jù)，絕大部分就是 原進(jìn)程（父進(jìn)程）的拷貝，但它們是兩個(gè)相互獨(dú)立的進(jìn)程！此時(shí)程序寄存器 pc，在父、子進(jìn)程的上下文中都聲稱(chēng)，這個(gè)進(jìn)程目前執(zhí)行到 fork 調(diào)用即將返回（此時(shí)子進(jìn)程不占有CPU，子進(jìn)程的 pc 不是真正保存在寄存器中，而是作為進(jìn)程上下文保存在進(jìn)程表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)內(nèi)）。問(wèn)題是怎么返回，在父子進(jìn)程中就分道揚(yáng)鑣了呢？

父進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，操作系統(tǒng)對(duì) fork 的實(shí)現(xiàn)，使這個(gè)調(diào)用在父進(jìn)程中返回剛剛創(chuàng)建的子進(jìn)程的 PID（一個(gè)正整數(shù)），所以下面的 if 語(yǔ)句中 pid < 0 , pid == 0 的兩個(gè)分支都不會(huì)執(zhí)行。所以輸出 “I am the parent process...”。?

子進(jìn)程在之后的某個(gè)時(shí)候得到調(diào)度，它的上下文被換入，占據(jù) CPU，操作系統(tǒng)對(duì) fork 的實(shí)現(xiàn)，使得子進(jìn)程中 fork 調(diào)用返回0。所以在這個(gè)進(jìn)程（注意這不是父進(jìn)程了哦，雖然是同一個(gè)程序，但是這是同一個(gè)程序的另外一次執(zhí)行，在操作系統(tǒng)中這次執(zhí)行是由另外一個(gè)進(jìn)程表示的，從執(zhí)行的角度說(shuō)和父進(jìn)程相互獨(dú)立）中 pid = 0 。這個(gè)進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行的過(guò)程中，if 語(yǔ)句中 pid < 0 不滿(mǎn)足，但是 pid == 0 是 true。所以輸出 “I am the child process...”。?

為什么看上去程序中互斥的兩個(gè)分支都被執(zhí)行了？在一個(gè)程序的一次執(zhí)行中，這當(dāng)然是不可能的；但是你看到的兩行輸出是來(lái)自?xún)蓚€(gè)進(jìn)程，這兩個(gè)進(jìn)程來(lái)自同一個(gè)程序的兩次執(zhí)行。?

fork 之后，操作系統(tǒng)會(huì)復(fù)制一個(gè)與父進(jìn)程完全相同的子進(jìn)程，雖說(shuō)是父子關(guān)系，但是在操作系統(tǒng)看來(lái)，他們更像兄弟關(guān)系，這 2 個(gè)進(jìn)程共享代碼空間，但是數(shù)據(jù) 空間是互相獨(dú)立的，子進(jìn)程數(shù)據(jù)空間中的內(nèi)容是父進(jìn)程的完整拷貝，指令指針也完全相同，但只有一點(diǎn)不同，如果 fork 成功，子進(jìn)程中 fork 的返回值是 0 ， 父進(jìn)程中 fork 的返回值是子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，如果 fork 不成功，父進(jìn)程會(huì)返回錯(cuò)誤。?

可以這樣想象，2 個(gè)進(jìn)程一直同時(shí)運(yùn)行，而且步調(diào)一致，在 fork 之后，他們分別作不同的工作，也就是分岔了。這也是 fork為什么叫 fork 的原因。

在程序段里用了 fork() 之后程序出了分岔，派生出了兩個(gè)進(jìn)程。具體哪個(gè)先運(yùn)行就看該系統(tǒng)的調(diào)度算法了。

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2、fork() 執(zhí)行過(guò)程。

看這一句：pid＝fork() 。

當(dāng)執(zhí)行這一句時(shí)，當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入 fork() 運(yùn)行，此時(shí)，fork() 內(nèi)會(huì)用一段嵌入式匯編進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用：int 0x80（具體代碼可參見(jiàn)內(nèi)核版本 0.11 的 unistd.h 文件的 133 行 _syscall0 函數(shù)）。

這時(shí)進(jìn)入內(nèi)核根據(jù)此前寫(xiě)入 eax 的系統(tǒng)調(diào)用功能號(hào) 便會(huì)運(yùn)行 sys_fork 系統(tǒng)調(diào)用。

接著，sys_fork?中首先會(huì)調(diào)用 C 函數(shù) find_empty_process 產(chǎn)生一個(gè)新的進(jìn)程，然后會(huì)調(diào)用 C 函數(shù) copy_process 將父進(jìn)程的內(nèi)容復(fù)制給子進(jìn)程，但是子進(jìn)程 tss 中的 eax 值賦值為 0（這也是為什么子進(jìn)程中返回 0 的原因）。當(dāng)賦值完成后， copy_process 會(huì)返回新進(jìn)程（該子進(jìn)程）的 pid，這個(gè)值會(huì)被保存到 eax 中。

這時(shí)子進(jìn)程就產(chǎn)生了，此時(shí)子進(jìn)程與父進(jìn)程擁有相同的代碼空間，程序指針寄存器 eip 指向相同的下一條指令地址，當(dāng) fork 正常返回調(diào)用其的父進(jìn)程后，因?yàn)?eax 中的值是新創(chuàng)建的子進(jìn)程號(hào)。所以，fork()返回子進(jìn)程號(hào)，執(zhí)行 else（pid > 0）。

當(dāng)產(chǎn)生進(jìn)程切換運(yùn)行子進(jìn)程時(shí)，首先會(huì)恢復(fù)子進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境即裝入子進(jìn)程的 tss 任務(wù)狀態(tài)段，其中的 eax 值( copy_process 中置為 0 )也會(huì)被裝入 eax 寄存器。所以，當(dāng)子進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，fork 返回的是 0 執(zhí)行 if( pid == 0 )。

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3、fork() 和 vfork()?

二者的功能都是創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，但是二者的區(qū)別還是比較大的，主要部分如下：

（1）前者創(chuàng)建完進(jìn)程之后，父進(jìn)程由于占用了CPU的時(shí)間片，所以一般父進(jìn)程先返回。當(dāng)然了，如果父子進(jìn)程都準(zhǔn)備好了要返回了，但是此時(shí) CPU 開(kāi)始輪詢(xún)了，那么最后誰(shuí)先返回就不確定了。總的來(lái)說(shuō)，父子進(jìn)程誰(shuí)先執(zhí)行是不確定的。對(duì)于后者，能夠保證子進(jìn)程執(zhí)行 exec 和 exit 之前，父進(jìn)程處于休眠狀態(tài)，即：子進(jìn)程先執(zhí)行。

（2）前者在創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，子進(jìn)程會(huì)復(fù)制掉父進(jìn)程的數(shù)據(jù)段、堆、棧（代碼段共享）（Copy on Write）。后者的子進(jìn)程在執(zhí)行 exec 和 exit 之前，會(huì)與父進(jìn)程共用父進(jìn)程的虛擬地址空間。

?

（SAW：Game Over！）

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux fork() 和 vfork()的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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