原创 关于fork()函数的精辟分析

cu上关于fork()函数的精辟分析

作者:ccf  发表于：2006-04-01 17:11:01

#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
[root@localhost c]# ./a.out
i am the child process, my process id is 4286
i am the parent process, my process id is 4285

我就想不到为什么两行都打印出来了，在我想来，不管pid是多少，都应该只有一行才对

 chg.s 回复于：2004-04-27 21:09:30

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...

我想你比较困惑的就是，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。

我的天，不知道说明白了没…… 

zhaojinbo 回复于：2004-04-28 12:35:50

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。
至于那一个最先运行，可能与操作系统有关，而且这个问题在实际应用中并不重要，如果需要父子进程协同，可以通过原语的办法解决。

 sniper 回复于：2004-04-28 22:11:15

哦，偶明白了，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。
在这里，我们可以这么认为，在运行到"pid=fork();"时系统派生出一个跟主程序一模一样的子进程。该进程的"pid=fork();"一句中pid得到的就是子进程本身的pid；子进程结束后，父进程的"pid=fork();"中pid得到的就是父进程本身的pid。因此改程序有两行输出。

注：此处不准确，在子进程中pid的值为0，通过getpid可以获取子进程的进程id；在父进程中pid为父进程编号。

勘误：父进程中的pid值为子进程进程号，只有父进程执行的getpid()才是他自己的进程号。寒，彻底的in了 

jjl3 回复于：2004-07-14 11:43:20

我做如下修改

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

main () 
{ 
        pid_t pid; 
        printf("fork!");    // printf("fork!n");
        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 
[root@localhost c]# ./a.out 
fork!i am the child process, my process id is 4286 
fork!i am the parent process, my process id is 4285

但我改成printf("fork!n");后，结果是
[root@localhost c]# ./a.out
fork! 
i am the child process, my process id is 4286 
i am the parent process, my process id is 4285

为什么只有一个fork!打印出来了？上一个为什么有2个？

 bashfulboy 回复于：2004-07-14 22:10:52

我也来一下:
wujiajia 的理解有些错误,
printf("AAAAAAAA");//print 一次；   这里会print 2次
如果你将 printf("AAAAAA") 换成 printf("AAAAAAn")   那么就是只打印一次了.
主要的区别是因为有了一个 n  回车符号
这就跟Printf的缓冲机制有关了,printf某些内容时,操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上
但是,只要看到有 n 则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了.
运行了printf("AAAAAA") 后, AAAAAA 仅仅被放到了缓冲里,再运行到fork时,缓冲里面的 AAAAAA 被子进程继承了
因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了 AAAAAA.
所以,你最终看到的会是 AAAAAA 被printf了2次!!!!
而运行 printf("AAAAAAn")后, AAAAAA 被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有 AAAAAA 内容
因此你看到的结果会是 AAAAAA 被printf了1次!!!!

（精要）

 albcamus 回复于：2005-03-08 15:56:11

>;>;派生子进程的pid变量并没有被改变是什么意思 对于子进程来讲pid不就是0吗 

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,楼上的楼上的你的观点是对的，fork之后夫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。