fork() 函數簡介

fork() 函數簡介

fork系統調用用於創建一個新進程，稱為子進程，它與進行fork()調用的進程(父進程)並發運行。創建新的子進程后，兩個進程都將執行fork()系統調用之后的下一條指令。子進程使用相同的PC(程序計數器)，相同的CPU寄存器，相同的打開文件，這些文件在父進程中使用。

fork()

它不接受任何參數並返回一個整數值。
下面是fork()返回的不同值。
負值：創建子進程失敗。
零：返回到新創建的子進程。
正值：返回給父親或調用者。該值包含新創建子進程的進程ID。

代碼

1. 預測以下程序的運行結果：

   #include <stdio.h> 
   #include <sys/types.h> 
   #include <unistd.h> 
   int main()
   {
       // 在此指令后生成兩個運行相同程序的進程
       fork();
   
       printf("Hello world!\n"); 
       return 0; 
   }
   

   運行結果：

   Hello world!
   Hello world!
   

2. 計算打印hello的次數。

   #include <stdio.h> 
   #include <sys/types.h> 
   int main() 
   { 
       fork(); 
       fork(); 
       fork(); 
       printf("hello\n"); 
       return 0; 
   } 
   

   運行結果：

   hello
   hello
   hello
   hello
   hello
   hello
   hello
   hello
   

   解釋

   hello打印的次數等於創建的進程數。進程總數=\(2^n\)，其中n是fork系統調用的數量。所以這里\(n=3\)，\(2^3=8\)。

   讓我們為這三行添加一些標簽名稱：

   fork ();   // Line 1
   fork ();   // Line 2
   fork ();   // Line 3
   
   // 一共 7 個子進程，它們中每一個分別創建於這三行中的哪一個呢？
   
         L1        // 有 1 個進程創建於Line 1 的fork() P1
       /     \     
     L2      L2    // 有 2 個進程創建於Line 2 的fork() P2~P3
    /  \    /  \   
   L3  L3  L3  L3  // 有 4 個進程創建於Line 3 的fork() P4~P7
   

   因此總共有八個進程(新子進程和一個原始進程)。
   如果我們想要將進程之間的關系表示為樹形層次結構，它將如下所示：
   主要進程：p0。
   第一個分叉創建的進程：P1。
   第二個分叉創建的進程：P2，P3。
   第三個分叉創建的進程：P4，P5，P6，P7

               P0
            /   |   \
          P1    P4   P2
        /  \          \
       P3    P6         P5
      /
    P7
   

3. 預測以下程序的運行結果：

   #include <stdio.h> 
   #include <sys/types.h> 
   #include <unistd.h> 
   void forkexample() 
   { 
       // 子進程，因為返回值為零
       if (fork() == 0) 
           printf("Hello from Child!\n"); 
   
       // 父進程，因為返回值非零
       else
           printf("Hello from Parent!\n"); 
   }
   
   int main() 
   { 
       forkexample(); 
       return 0; 
   } 
   

   運行結果

   1.
   Hello from Child!
   Hello from Parent!
       (或者)
   2.
   Hello from Parent!
   Hello from Child!
   

   解釋

   在上面的代碼中，創建子進程，fork()在子進程中返回0，向父進程返回正整數。
   在這里，兩個輸出是都是有可能的，因為父進程和子進程同時運行。所以我們不知道OS首先把控制權交給哪個進程父進程或子進程。
   重要提示：父進程和子進程運行相同的程序，但這並不意味着它們是相同的。OS為這兩個進程分配不同的數據和狀態，並且控制這些進程的流程也可以不同。請參見下一個示例

4. 預測以下程序的運行結果：

   #include <stdio.h> 
   #include <sys/types.h> 
   #include <unistd.h> 
   
   void forkexample() 
   { 
       int x = 1; 
   
       if (fork() == 0) 
           printf("Child has x = %d\n", ++x); 
       else
           printf("Parent has x = %d\n", --x); 
   } 
   
   int main() 
   { 
       forkexample(); 
       return 0; 
   } 
   

   運行結果

   Parent has x = 0
   Child has x = 2
       (或者)
   Child has x = 2
   Parent has x = 0
   

   解釋

   這里，一個進程中的全局變量變化不會影響另外兩個進程，因為兩個進程的數據/狀態不同。而且父進程和子進程同時運行，所以可以有兩個輸出。

fork() vs exec()

fork系統調用創建一個新進程。fork()創建的新進程是當前進程(返回值除外)的副本。exec()系統調用用新程序替換當前進程。

練習：

1. 一個進程執行以下代碼

   for (i = 0; i < n; i++) 
       fork(); 
   

   創建的子進程總數為：
   (A) n
   (B) 2^n – 1
   (C) 2^n
   (D) 2^(n+1) – 1;
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2. 考慮以下代碼片段

   if (fork() == 0) { 
       a = a + 5; 
       printf("%d, %d\n", a, &a); 
   } else { 
       a = a –5; 
       printf("%d, %d\n", a, &a); 
   } 
   

   設u，v是父進程打印的值，x，y是子進程打印的值。下列哪一項是正確的？
   (A) u = x + 10 and v = y
   (B) u = x + 10 and v != y
   (C) u + 10 = x and v = y
   (D) u + 10 = x and v != y

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3. 預測以下程序的輸出

   #include <stdio.h> 
   #include <unistd.h> 
   int main() 
   { 
       fork(); 
       fork() && fork() || fork(); 
       fork(); 
   
       printf("forked\n"); 
       return 0; 
   }
   

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