Linux系统调用fork()用法详解

这学期在学操作系统，老师布置了一个关于进程的实验题，是在Linux系统中实现的，其中有涉及到fork（）函数的调用，恰好我研究Ubuntu 也有一段时间了，就了解了下fork（）函数，下面把自己实验的一点心得贴上来，也希望能帮到各位初学者（我也是个初学者）。

　　先看下我在网上搜索到的一篇文章，至于原作者找不到了，望谅解。如下：

　　1. 先看下面代码:

　　#include<stdio.h>

　　#include <sys/types.h>    //pid_t类型定义

　　#include <unistd.h>        //函数fork()，getpid()定义

　　void 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 %d\n",getpid());

　　else

　　printf("i am the parent process, my process id is %d\n",getpid());

　　}

　　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的实现是，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，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。

　　下面是我的一点心得，关于子进程的调用点问题，如下：

　　2. 子进程的调用点详解

　　子进程是从fork()函数开始执行的。范例：

　　#include<stdio.h>

　　#include <sys/types.h>    //pid_t类型定义

　　#include <unistd.h>        //函数fork()，getpid()定义

　　void main()

　　{

　　pid_t p1,p2;

　　p1=fork();

　　if(p1<0)

　　printf("error in fork!");

　　else if (p1 == 0)

　　printf("child process pid: %d\n",getpid());

　　else

　　printf("parent process pid: %d\n",getpid());

　　p2=fork();

　　if(p2<0)

　　printf("error in fork!");

　　else if (p2 == 0)

　　printf("child process pid: %d\n",getpid());

　　else

　　printf("parent process pid: %d\n",getpid());

　　}

　　上述程序的编译执行结果如下：

　　jenner@Intrepid:~/Desktop$ gcc 01.c -o 01

　　jenner@Intrepid:~/Desktop$ ./01

　　child process pid: 14844

　　child process pid: 14845

　　parent process pid: 14844

　　parent process pid: 14843

　　child process pid: 14846

　　parent process pid: 14843

　　注释：最初的43号进程执行两个fork(),输出两个parent43，并产生子进程44号和45号；

　　44号进程从第一个fork()函数开始执行，输出child44，调用第二个fork()，输出parent44，并产生子进程46号；

　　45号进程从第二个fork()函数开始执行，输出child45；

　　46号进程从第二个fork()函数开始执行，输出child46；

　　至此程序结束。

　　注意：以上过程不是程序的先后运行过程，那六个输出的先后顺序是不确定的！

　　程序中所有进程的父子关系如下：

　　父进程43        ---子进程44

　　---子进程的子进程46

　　---子进程45

　　其中44号进程既是43号进程的子进程，又是46号进程的父进程。

　　以上是我的一些心得，看着可能有点绕口，耐心点，我也研究了好久呢，如果你看懂了，fork（）函数也就算基本理解了！

　　顺便也把老师布置的作业题也贴上来吧，呵呵，如下：

　　3. 题目：进程的创建：编制一段程序，使用系统调用fork( )创建两个子进程，这样在此程序运行时，在系统中就有一个父进程和两个子进程在活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符：父进程显示字符a，子进程分别显示字符 b和字符c。试观察、记录并分析屏幕上，进程调度的情况。

　　代码如下：

　　#include<stdio.h>

　　#include <sys/types.h>

　　#include <unistd.h>

　　void main()

　　{

　　pid_t p1,p2;

　　p1=fork();

　　if(p1<0)

　　printf("error in fork!\n");

　　else if (p1 == 0)

　　printf("child process b\n");

　　else

　　{

　　p2=fork();

　　if(p2<0)

　　printf("error in fork!\n");

　　else if (p2 == 0)

　　printf("child process c\n");

　　else

　　printf("parent process a\n");

　　}

　　}