fork函数返回值问题

fork是最难理解的概念之一:它执行一次却返回两个值。

首先我们来看下fork函数的原型:

  #include <sys/types.h>

  #include <unistd.h>

  pid_t fork(void);

返回值:

负数:如果出错,则fork()返回-1,此时没有创建新的进程。最初的进程仍然运行。

零:在子进程中,fork()返回0

正数:在父进程中,fork()返回正的子进程的PID

其次我们来看下如何利用fork创建子进程。

创建子进程的样板代码如下所示:

  pid_t child;

  if((child = fork())<0)

  /*错误处理*/

  else if(child == 0)

  /*这是新进程*/

  else

  /*这是最初的父进程*/

fock函数调用一次却返回两次;向父进程返回子进程的ID,向子进程中返回0,

这是因为父进程可能存在很多过子进程,所以必须通过这个返回的子进程ID来跟踪子进程,

而子进程只有一个父进程,他的ID可以通过getppid取得。

fock的精辟剖析
程序如下:

#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

要搞清楚fock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:

  1. 一个可以执行的程序;

  2. 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);

  3. 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fock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fock的实现,使得子进程中fock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...

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。

fock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fock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fock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。

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。

如果需要父子进程协同,可以通过原语的办法解决。

二:
进程的创建:
创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用fork函数就可以了.

#include <unistd.h> 
pid_t fork(); 

当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象父进程克隆 (clone)自己一样.当然创建两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪fork的返回值. 当fork调用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork返回-1,否则fork的返回值有重要的作用.对于父进程fork返回子进程的 ID,而对于fork子进程返回0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经说过了Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时进程为了早一点完成任 务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞,直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用.

总结一下有三:

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.fork之后父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。

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