fork函数返回值问题

Posted 2020-07-23 *尘封的记忆*

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 <sys/types.h>

　　＃include <unistd.h>

　　pid_t fork(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_t child;

　　if((child = fork())<0)

　　/*错误处理*/

　　else if(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。

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 

[[email protected] c]# ./a.out 

i am the child process, my process id is 4286 

i am the parent process, my process id is 4285 

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(); 

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 parent process... 

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 child process... 

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> 
pid_t fork(); 

当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象父进程克隆 (clone)自己一样.当然创建两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪fork的返回值. 当fork掉用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork返回-1,否则fork的返回值有重要的作用.对于父进程fork返回子进程的 ID,而对于fork子进程返回0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经说过了Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时进程为了早一点完成任 务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞,直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用. 

   总结一下有三： 

1,派生子进程的进程，即父进程，其pid不变； 

2,对子进程来说，fork返回给它0,但它的pid绝对不会是0；之所以fork返回0给它，是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid； 

3,fork之后父子进程除非采用了同步手段，否则不能确定谁先运行，也不能确定谁先结束。认为子进程结束后父进程才从fork返回的，这是不对的，fork不是这样的，vfork才这样。