一、进程的创建(重点)

系统允许一个进程创建新进程,新进程即为子进程,子进程还可以创建新的子进程,形成进程树结构模型。

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

pid_t fork(void);
功能:
    用于从一个已存在的进程中创建一个新进程,新进程称为子进程,原进程称为父进程。
参数:
    无
返回值:
    成功:子进程中返回 0,父进程中返回子进程 ID。pid_t,为整型。
    失败:返回-1。
    失败的两个主要原因是:
        1)当前的进程数已经达到了系统规定的上限,这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。
        2)系统内存不足,这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_父进程

示例代码:

int main()
{
    fork();
    printf("id ==== %d\n", getpid());   // 获取进程号  

    return 0;
}

运行结果如下:

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_父进程_02

从运行结果,我们可以看出,fork() 之后的打印函数打印了两次,而且打印了两个进程号,这说明,fork() 之后确实创建了一个新的进程,新进程为子进程,原来的进程为父进程。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_子进程_03

二、父子进程关系

使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品,它从父进程处继承了整个进程的地址空间:包括进程上下文(进程执行活动全过程的静态描述)、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。

子进程所独有的只有它的进程号,计时器等(只有小量信息)。因此,使用 fork() 函数的代价是很大的。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_服务器_04

简单来说, 一个进程调用 fork() 函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

实际上,更准确来说,Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间,而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间,从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说,资源的复制是在需要写入的时候才会进行,在此之前,只有以只读方式共享。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_子进程_05

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_父进程_06

 

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_java 父进程退出子进程不退出_07

 注意:fork之后父子进程共享文件,fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表,引用计数增加,共享文件文件偏移指针。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_子进程_08

三、区分父子进程

子进程是父进程的一个复制品,可以简单认为父子进程的代码一样的。那大家想过没有,这样的话,父进程做了什么事情,子进程也做什么事情(如上面的例子),是不是不能实现满足我们实现多任务的要求呀,那我们是不是要想个办法区别父子进程呀,这就通过 fork() 的返回值。

fork() 函数被调用一次,但返回两次。两次返回的区别是:子进程的返回值是 0,而父进程的返回值则是新子进程的进程 ID。

测试程序:

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {   // 没有创建成功  
        perror("fork");
        return 0;
    }

    if (0 == pid)
    { // 子进程  
        while (1)
        {
            printf("I am son\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else if (pid > 0)
    { // 父进程  
        while (1)
        {
            printf("I am father\n");
            sleep(1);
        }
    }

    return 0;
}

运行结果如下:

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_java 父进程退出子进程不退出_09

 

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_父进程_10

 通过运行结果,可以看到,父子进程各做一件事(各自打印一句话)。这里,我们只是看到只有一份代码,实际上,fork() 以后,有两个地址空间在独立运行着,有点类似于有两个独立的程序(父子进程)在运行着。

一般来说,在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。

需要注意的是,在子进程的地址空间里,子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。

java 父进程退出子进程不退出 父进程创建子进程例子_子进程_11

四、父子进程地址空间

父子进程各自的地址空间是独立的

int a = 10;     // 全局变量

int main()
{
    int b = 20; //局部变量
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {   // 没有创建成功
        perror("fork");
    }

    if (0 == pid)
    { // 子进程
        a = 111;
        b = 222;    // 子进程修改其值
        printf("son: a = %d, b = %d\n", a, b);
    }
    else if (pid > 0)
    { // 父进程
        sleep(1);   // 保证子进程先运行
        printf("father: a = %d, b = %d\n", a, b);
    }

    return 0;
}

运行结果如下:

通过得知,在子进程修改变量 a,b 的值,并不影响到父进程 a,b 的值。