神奇的fork（父子进程中一些神奇的问题）

在阅读这篇文章的时候我希望长话短说，需要你事先接收一个观点，那就是：我们的操作系统就是一堆进程，每一个进程都是由已有的进程创造出来的。

以linux操作系统为例，在启动之后第一个诞生的进程是PID为0的名叫“idle”的进程，后续所有的进程都是由它通过fork()创建的，包括我们熟知的PID为1的“init”进程。也许一杯咖啡的时间，等系统完全启动，我们可以登录以后，在命令行执行我们自己写的程序，这又是通过终端进程创建了新的进程。这就是在前面所说的操作系统的运行就是进程的不断创建和销毁的过程。

在linux系统函数中，fork()是用来创建新的子进程的函数。根据linux编程手册，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。

需要注意的是，在fork之后两个进程用的是相同的物理空间(内存区)，子进程的代码段、数据段、堆栈都是指向父进程的物理空间，也就是说，两者的虚拟空间不同，其对应的物理空间是一个。这是出于效率的考虑，在linux中被称为“写时复制”（COW）技术，只有当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。另外fork之后内核会将子进程排在队列的前面，以让子进程先执行，以免父进程执行导致写时复制，而后子进程执行exec系统调用，因无意义的复制而造成效率的下降。

有关父子进程和fork的概念介绍完了，在这里想继续分享一道很有意思的笔试题。

写出下面程序的运行结果：

int main()
{
       pid_t cld_pid;
       int status;
       int a=1,b=2;
       for(int i = 0; i < 2; i++ ){
              if ((cld_pid = fork()) == 0){
                     a+=1;
                     printf("a=%d\n",a);
              }
              else{
                     b+=1;
                     printf("b=%d\n",b);
              }
       }
       wait(&status);
       return 0;
}

这其实就是考察了如果一个进程在for循环进行fork，会产生什么样的结果，哪些变量的值已经改变，哪些变量的值没有改变。

分析

实际上它的运行一共产生了三个子进程：

首先父进程fork出了子进程1，同时自己执行了b自加和打印，得到“b=3”。此时在第一轮循环中，子进程1的变量分别为i=0，a=1，b=2。第二轮循环中，创建了子进程2，同时执行b的自加和打印，得到“b=4”，耗尽循环条件。而子进程2的变量为i=1，a=1，b=3。

对于子进程1，会执行a的自加和打印，得到“a=2”，完成第一轮循环。在第二轮循环中创建了子子进程1，并对b自加和打印，得到“b=3”。子子进程1的变量分别为i=1，a=2，b=2。

对于子进程2，会执行a的自加和打印，得到“a=2”，然后由于i=1，结束。

对于子子进程1，会执行a的自加和打印，得到“a=3”，而由于i已经为1，再也没有新的循环了。