fork()系统调用

2019-12-03 本文已影响0人 wjundong

fork() 函数简介

fork系统调用用于创建一个新进程，称为子进程，它与进行fork()调用的进程(父进程)并发运行。创建新的子进程后，两个进程都将执行fork()系统调用之后的下一条指令。子进程使用相同的PC(程序计数器)，相同的CPU寄存器，相同的打开文件，这些文件在父进程中使用。

fork()

它不接受任何参数并返回一个整数值。
下面是fork()返回的不同值。
负值：创建子进程失败。
零：返回到新创建的子进程。
正值：返回给父亲或调用者。该值包含新创建子进程的进程ID。

图示

代码

预测以下程序的运行结果：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
int main()
{
    // 在此指令后生成两个运行相同程序的进程
    fork();

    printf("Hello world!\n"); 
    return 0; 
}

运行结果：

Hello world!
Hello world!

计算打印hello的次数。

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

运行结果：

hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello

解释

hello打印的次数等于创建的进程数。进程总数= $2^n$ ，其中n是fork系统调用的数量。所以这里 $n=3$ ， $2^3=8$ 。

让我们为这三行添加一些标签名称：

fork ();   // Line 1
fork ();   // Line 2
fork ();   // Line 3

// 一共 7 个子进程，它们中每一个分别创建于这三行中的哪一个呢？

      L1        // 有 1 个进程创建于Line 1 的fork() P1
    /     \     
  L2      L2    // 有 2 个进程创建于Line 2 的fork() P2~P3
 /  \    /  \   
L3  L3  L3  L3  // 有 4 个进程创建于Line 3 的fork() P4~P7

因此总共有八个进程(新子进程和一个原始进程)。
如果我们想要将进程之间的关系表示为树形层次结构，它将如下所示：
主要进程：p0。
第一个分叉创建的进程：P1。
第二个分叉创建的进程：P2，P3。
第三个分叉创建的进程：P4，P5，P6，P7

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

预测以下程序的运行结果：
```
#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
void forkexample() 
{ 
    // 子进程，因为返回值为零
    if (fork() == 0) 
        printf("Hello from Child!\n"); 

    // 父进程，因为返回值非零
    else
        printf("Hello from Parent!\n"); 
}

int main() 
{ 
    forkexample(); 
    return 0; 
} 
```
运行结果
```
1.
Hello from Child!
Hello from Parent!
    (或者)
2.
Hello from Parent!
Hello from Child!
```
解释

在上面的代码中，创建子进程，fork()在子进程中返回0，向父进程返回正整数。
在这里，两个输出是都是有可能的，因为父进程和子进程同时运行。所以我们不知道OS首先把控制权交给哪个进程父进程或子进程。
重要提示：父进程和子进程运行相同的程序，但这并不意味着它们是相同的。OS为这两个进程分配不同的数据和状态，并且控制这些进程的流程也可以不同。请参见下一个示例

预测以下程序的运行结果：

#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; 
}

运行结果

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

解释

这里，一个进程中的全局变量变化不会影响另外两个进程，因为两个进程的数据/状态不同。而且父进程和子进程同时运行，所以可以有两个输出。

`fork()` vs `exec()`

fork系统调用创建一个新进程。fork()创建的新进程是当前进程(返回值除外)的副本。exec()系统调用用新程序替换当前进程。

练习：

一个进程执行以下代码
```
for (i = 0; i < n; i++) 
    fork(); 
```
创建的子进程总数为：
(A) n
(B) 2^n – 1
(C) 2^n
(D) 2^(n+1) – 1;
查看此题答案
考虑以下代码片段
```
if (fork() == 0) { 
    a = a + 5; 
    printf("%d, %d\n", a, &a); 
} else { 
    a = a –5; 
    printf("%d, %d\n", a, &a); 
} 
```
设u，v是父进程打印的值，x，y是子进程打印的值。下列哪一项是正确的？
(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

查看此题答案

预测以下程序的输出

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
int main() 
{ 
    fork(); 
    fork() && fork() || fork(); 
    fork(); 

    printf("forked\n"); 
    return 0; 
}

查看此题答案

fork()系统调用

fork() 函数简介

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`fork()` vs `exec()`

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