fork函數總結

　　在Unix/Linux中用fork函數創建一個新的進程。進程是由當前已有進程調用fork函數創建，分叉的進程叫子進程，創建者叫父進程。該函數的特點是調用一次，返回兩次，一次是在父進程，一次是在子進程。兩次返回的區別是子進程的返回值為0，父進程的返回值是新子進程的ID。子進程與父進程繼續並發運行。如果父進程繼續創建更多的子進程，子進程之間是兄弟關系，同樣子進程也可以創建自己的子進程，這樣可以建立起定義關系的進程之間的一種層次關系。

　　程序包含位於內存的多個組成部分，執行程序的過程將根據需要來訪問這些內容，包括文本段（text segment）、數據段（data segments）、棧（stack）和堆（heap）。文本段中存放CPU所執行的命令，數據段存放進程操作的所有數據變量，棧存放自動變量和函數數據，堆存放動態內存分配情況數據。當進程被創建時，子進程收到父進程的數據副本，包括數據空間、堆、棧和進程描述符。

程序1：創建一個子進程，子進程對繼承的數據進行修改，然后分別輸出父子進程的信息。程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>

int add(int a,int b);
//全局變量
int global = 99;
char buf[] = "Input a string: ";

int main()
{
    pid_t   pid;
    int val,ret;
    char *str;
    val =49;
    str = (char*)malloc(100*sizeof(char));
    memset(str,0,100*sizeof(char));
    if((pid = fork()) == -1)
    {
        perror("fork() error");
        exit(-1);
    }
    if(pid == 0)   //子進程
    {
        printf("Child process start exec.\n");
        global++;
        val++;
    }
    if(pid >0)   //父進程
    { 
         sleep(10);   //等待子進程執行
         printf("Parent process start exec.\n");
    }
    printf("pid=%d,ppid=%d,global=%d,val=%d\n",getpid(),getppid(),global,val);
    write(STDOUT_FILENO,buf,strlen(buf));
    read(STDIN_FILENO,str,100);
    write(STDOUT_FILENO,str,strlen(str));
    ret = add(global,val);
    printf("global+val=%d\n",ret);
    exit(0);
}

int add(int a,int b)
{
    return (a+b);
}

fork函數執行后程序結構圖如下：

子進程與父進程並行執行，因此在父進程中sleep(10),讓子進程先執行，然后再執行父進程。

程序執行結果如下所示：

如何創建多個子進程呢？在開發並發服務器時，用到的進程池模型需要先創建指定書目的子進程。舉個例子，假如我們現在需要創建2個子進程，很容易想到的是調用一個循環，執行fork函數2次即可。嘗試一下是否可行呢？代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
    int i;
    pid_t pid;
    printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
    //通過一個循環創建對個子進程
    for(i=0;i<2;++i)
    {
        pid = fork();
        if(pid == 0)
        {
            printf("create child process successfully.\n");
            printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            printf("i=%d\n",i);
        }
        else if(pid== -1)
        {
            perror("fork() error");
            exit(-1);
        }
        else
        {
            sleep(3);
            printf("parent process.\n");
            printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            printf("i=%d\n",i);
        }
    }

    exit(0);
}

程序執行結果如下：

從結果來看，子進程的數目不是2而是3，這是為什么呢？先簡單的分析一下：從結果看出父進程ID為10669，子進程的ID分別為：10670、10671、10672。

父子進程之間的關系如下：

ID為10670的子進程也調用fork函數，創建了一個進程。因為fork函數創建的進程是父進程的一份拷貝，保存了當前的數據空間、堆、棧及共享代碼區域。正確的方式應該是在子進程中跳出，停止繼續fork。改進的代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
    int i;
    pid_t pid;
    printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
    for(i=0;i<2;++i)
    {
        pid = fork();
        if(pid == 0)
        {
            printf("create child process successfully.\n");
            printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            printf("i=%d\n",i);
            //子進程跳出循環，防止子進程繼續創建子進程
            break;
        }
        else if(pid== -1)
        {
            perror("fork() error");
            exit(-1);
        }
        else
        {
            sleep(3);
            printf("parent process.\n");
            printf("pid=%d , ppid=%d\n",getpid(),getppid());
            printf("i=%d\n",i);
            //父進程繼續創建子進程
            continue;
        }
    }

    exit(0);
}

程序執行結果如下：

 從結果可以看出這父進程（ID為10789）創建了兩個子進程（ID分別為：10790、10791）。

現有有這樣一個面試題，程序如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>

int main()
{
    pid_t   pid1;
    pid_t   pid2;

    pid1 = fork();
    pid2 = fork();

    printf("pid1=%d,pid2=%d\n",pid1,pid2);
    exit(0);
}

要求如下：
 已知從這個程序執行到這個程序的所有進程結束這個時間段內，沒有其它新進程執行。
 1、請說出執行這個程序后，將一共運行幾個進程。
 2、如果其中一個進程的輸出結果是“pid1:1001, pid2:1002”，寫出其他進程的輸出結果（不考慮進程執行順序）。

　　這個題目考查fork函數的理解。fork的作用是復制一個與當前進程一樣的進程。新進程的所有數據（變量、環境變量、程序計數器等）數值都和原進程一致，但是是一個全新的進程，並作為原進程的子進程，父子進程並行的執行剩下的部分。

程序的執行過程如下：

（1）程序開始執行時候系統分配一個進程進行執行，稱該進程為主進程P，進程ID題目未給，

（2）主進程執行到第一個fork函數的時候，創建一個新的子進程P1，有題目可知進程ID為1001，fork函數有兩個返回值，返回pid=0代表子進程P1，pid1>0代表父進程P。

（3）現在有兩個進程P和P1，分別執行剩下部分，

（4）P進程（父進程，所以pid1=1001）調用fork創建子進程P2，返回兩個值中pid2=1002表示P2的進程ID返回給父進程P，pid2=0子進程P2本身，所以輸出pid1=1001，　　       pid2=1002和pid1=1001，pid2=0。

（5）P1進程（子進程，所以pid1=0）調用fork創建子進程P3，進程ID類推為1003，返回兩個值中pid2=1003表示P3的進程ID返回給父進程P1，pid2=0標識進程P3本身。所以輸出pid1=0，pid2=1003和pid1=0，pid2=0。

（6）執行整個結束。

根據以上分析可知答案：

1、一共執行了四個進程。（P0, P1, P2, P3）

2、另外幾個進程的輸出分別為：

 pid1:1001, pid2:0

 pid1:0, pid2:1003

 pid1:0, pid2:0

上機測試如下：

測試結果如下：

測試結果雖然不是1001，但是可以看出理論分析過程是正確的。

題目來自：http://www.cnblogs.com/leoo2sk/archive/2009/12/11/talk-about-fork-in-linux.html