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什么是unix中的fork函数？

article 2024/9/23 18:53:01

一、前言

在本专栏之前的文档中已经介绍过unix进程环境相关的概念了，本文将开始介绍unix中一个进程如何创建出新进程，主要是通过fork函数来实现此功能。本文将包含如下内容：
1.fork函数简介
2.父进程与子进程的特征
3.如何使用fork创建新进程。

二、fork函数简介

一个进程调用fork函数会创建一个新的进程。fork函数的函数原型如下：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
fork函数被调用一次，但是返回两次（子进程返回0，父进程返回子进程的PID）如果出错，返回-1

新创建的进程称为子进程。在调用fork函数后，父进程和子进程继续执行fork后续的程序。可以通过fork的返回值来区别子进程和父进程需要执行的操作。
调用fork后，会将父进程拷贝一份，包含进程的存储空间（数据空间、堆、栈）。
ps：需要注意的是，父进程和子进程只共享正文段，其他部分都是在内存中重新拷贝一份的。

2.1 写时复制

上面提到在调用fork后会拷贝父进程除了正文段以外的存储空间，这种设计其实是比较浪费内存的，父进程的很多数据子进程其实是用不到的。
因此，很多unix-like系统采用写时复制的技术，将父进程的存储空间和子进程共享，这部分空间被设置为只读，当父进程或子进程试图修改这部分的内容时，才会为需要修改的部分在内存中制作一个副本。

2.2 父进程和子进程的执行顺序

在调用fork后，父进程和子进程的执行顺序是不确定的，这取决于内核的调度算法。如果要实现父进程和子进程的同步，需要使用同步机制。

2.3 文件共享

fork后，父进程的所有打开的子进程的文件描述符都会被复制到子进程中。比如父进程重定向了标准输出，子进程的标准输出也会重定向。

除了打开的文件以外，子进程还会共享父进程的如下内容：

1.用户ID、组ID、进程组ID、会话ID
2.控制终端
3.当前工作目录、根目录
4.文件模式创建屏蔽字
5.信号屏蔽和安排
6.资源限制
7.存储映像 …

三、参考代码

使用fork函数的参考代码如下：

/*************************************************************************
        > File Name: fork_test.c
        > Author: conbiao
        > Created Time: 2024年09月23日 星期一 10时34分25秒
 ************************************************************************/

/***********************************************************************
 *                             HEADER
 **********************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

/***********************************************************************
 *                              MACRO
 **********************************************************************/


/***********************************************************************
 *                          GLOBAL VARIABLE
 **********************************************************************/


/***********************************************************************
 *                       FUNCTION DESCRIPTION
 **********************************************************************/



/***********************************************************************
* FUNCTION NAME:
 ***********************************************************************
*
* Summary:
*
* Params:
*
* Return:
*
***********************************************************************/


/***********************************************************************
 *                                MAIN
 **********************************************************************/
int main(int argc, char *argv[])
{
    int ret = 0;
    int num = 10;
    pid_t pid;

    printf("%s: start!\n",__func__);


    if((pid = fork()) < 0)
    {
        printf("%s: fork fail!\n",__func__);
    }
    else if(pid == 0)
    {
        printf("%s: This is child process!\n",__func__);
        num += 10;
    }
    else
    {
        usleep(500000);
        printf("%s: This is parent procee,child's pid is: %d\n",__func__,pid);
    }

    printf("%s: num = %d\n",__func__,num);

    return ret;
}