前言:
Unix/Linux操作系统提供了一个fork()
系统调用,它非常特殊。普通的函数调用,调用一次,返回一次,但是fork()
调用一次,返回两次,因为操作系统自动把当前进程(称为父进程)复制了一份(称为子进程),然后,分别在父进程和子进程内返回。
子进程永远返回0
,而父进程返回子进程的ID。这样做的理由是,一个父进程可以fork出很多子进程,所以,父进程要记下每个子进程的ID,而子进程只需要调用getppid()
就可以拿到父进程的ID。
Python的os
模块封装了常见的系统调用,其中就包括fork
,可以在Python程序中轻松创建子进程。
一、fork入门知识
一个进程,包括代码、数据和分配给进程的资源。fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程,
也就是两个进程可以做完全相同的事,但如果初始参数或者传入的变量不同,两个进程也可以做不同的事。
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。
我们来看一个例子:
import os
print('Process (%s) start...' % os.getpid())
# Only works on Unix/Linux/Mac:
count = 0
pid = os.fork()
if pid == 0:
print('I am child process (%s) and my parent is %s.' % (os.getpid(), os.getppid()))
count += 1
print("count:", count)
else:
print('I (%s) just created a child process (%s).' % (os.getpid(), pid))
count += 1
print("count:", count)
输出:
Process (11844) start...
I (11844) just created a child process (11845).
count: 1
I am child process (11845) and my parent is 11844.
count: 1
在语句pid = os.fork()之前,只有一个进程在执行这段代码,但在这条语句之后,就变成两个进程在执行了,这两个进程的几乎完全相同,
将要执行的下一条语句都是print("pid:",pid)……
为什么两个进程的fpid不同呢,这与fork函数的特性有关。
fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次,却能够返回两次,它可能有三种不同的返回值:
1)在父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID;
2)在子进程中,fork返回0;
在fork函数执行完毕后,如果创建新进程成功,则出现两个进程,一个是子进程,一个是父进程。在子进程中,fork函数返回0,在父进程中,
fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。
引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同:
- “其实就相当于链表,进程形成了链表,父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id,因为子进程没有子进程,所以其fpid为0.
创建新进程成功后,系统中出现两个基本完全相同的进程,这两个进程执行没有固定的先后顺序,哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。
每个进程都有一个独特(互不相同)的进程标识符(process ID),可以通过getpid()函数获得,还有一个记录父进程pid的变量,可以通过getppid()函数获得变量的值。
fork执行完毕后,出现两个进程,
有人说两个进程的内容完全一样啊,怎么打印的结果不一样啊,那是因为判断条件的原因,上面列举的只是进程的代码和指令,还有变量啊。
执行完fork后,进程1的变量为count=0,fpid!=0(父进程)。进程2的变量为count=0,fpid=0(子进程),这两个进程的变量都是独立的,
存在不同的地址中,不是共用的,这点要注意。可以说,我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。
还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的,这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份,执行fork时,进程已经执行完了int count=0;
fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。
二、fork进阶知识
先看一份代码:
import os
print("i son/pa ppid pid fpid/n")
#ppid指当前进程的父进程pid
#pid指当前进程的pid,
#fpid指fork返回给当前进程的值
for i in range(2):
fpid = os.fork()
if fpid == 0:
print("%d child %4d %4d %4d" % (i, os.getppid(), os.getpid(), fpid))
else:
print("%d parent %4d %4d %4d" % (i, os.getppid(), os.getpid(), fpid))
输出:
i son/pa ppid pid fpid/n
0 parent 12137 12333 12334
0 child 12333 12334 0
1 parent 12137 12333 12335
1 parent 12333 12334 12336
1 child 12333 12335 0
1 child 12334 12336 0
这份代码比较有意思,我们来认真分析一下:
第一步:在父进程中,指令执行到for循环中,i=0,接着执行fork,fork执行完后,系统中出现两个进程,分别是p12333和p12334
(后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程)。可以看到父进程p12333的父进程是p12334,子进程p12334的父进程正好是p12333。我们用一个链表来表示这个关系:
p12137->p12333->p12334
第一次fork后,p12333(父进程)的变量为i=0,fpid=12334(fork函数在父进程中返向子进程id),代码内容为:
f% (i, os.getppid(), os.getpid(), fpid))
p12334(子进程)的变量为i=0,fpid=0(fork函数在子进程中返回0),代码内容为:
for i in range(2):
fpid = os.fork() # 执行完毕,i=0,fpid=0
if fpid == 0:
print("%d child %4d %4d %4d" % (i, os.getppid(), os.getpid(), fpid))
else:
print("%d parent %4d %4d %4d" % (i, os.getppid(), os.getpid(), fpid))
所以打印出来的结果是:
0 parent 12137 12333 12334
0 child 12333 12334 0
第二步:假设父进程p12333先执行,当进入下一个循环时,i=1,接着执行fork,系统中又新增一个进程p12335,对于此时的父进程,
p12137->p12333(当前进程)->p12335(被创建的子进程)。
对于子进程p12334,执行完第一次循环后,i=1,接着执行fork,系统中新增一个进程p12336,对于此进程,
p12333->p12334(当前进程)->p12336(被创建的子进程)。
从输出可以看到p12334原来是p12333的子进程,现在变成p12336的父进程。父子是相对的,这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork,该进程就变成了父进程了,就打印出了parent。
所以打印出结果是:
1 parent 12137 12333 12335
1 parent 12333 12334 12336
第三步:第二步创建了两个进程p12335,p12336,这两个进程执行完print函数后就结束了,因为这两个进程无法进入第三次循环,无法fork,其他进程也是如此。
以下是p12335,p123356打印出的结果:
1 child 12333 12335 0
1 child 12334 12336 0
总结一下,这个程序执行的流程类似如下:
这个程序最终产生了3个子进程,执行过6次print()函数。
我们再来看一份代码:
import os
print("i son/pa ppid pid fpid/n")
#ppid指当前进程的父进程pid
#pid指当前进程的pid,
#fpid指fork返回给当前进程的值
for i in range(3):
fpid = os.fork()
if fpid == 0:
print("son")
else:
print("parent")
输出:
i son/pa ppid pid fpid/n
parent
son
parent
parent
parent
parent
son
parent
son
son
parent
son
这里就不做详细解释了,只做一个大概的分析。
for i=0 1 2
father father father
son
son father
son
son father father
son
son father
son
其中每一行分别代表一
个进程的运行打印结果。
总结一下规律,对于这种N次循环的情况,执行
printf
函数的次数为2*(1+2+4+……+2N-1)次,创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。
fork的内容就先到这里,