Linux 进程控制 ---- fork 函数

一、fork 函数

1. 作用： 创建新进程
2. 函数原型： pid_t fork(void);
   需要包含头文件
3. 返回值：
   子进程返回 0
   父进程返回子进程 ID
   若出错，返回 -1

1. fork 函数被调用一次，但返回两次
2. 将子进程 ID 返回给父进程的理由是：一个进程的子进程可以有多个，并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程 ID
3. fork 使子进程得到返回值 0 的理由是：一个进程只会有一个父进程，所以子进程可以通过调用 getppid 函数，来获得其父进程的进程 ID
4. 进程 ID 0 总是由内核交换进程使用，所以一个子进程的进程 ID 不可能为 0
5. fork 之后进程的动作：子进程和父进程继续执行 fork 调用之后的指令。
6. 子进程是父进程的副本。fork 之后，子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本。注意：这是子进程所拥有的副本。父进程和子进程并不共享这些存储空间部分。父进程和子进程共享正文段
7. 其实创建子进程，就是把父进程的 PCB 拷贝过来，稍加修改，例如，修改子进程的进程 ID(肯定不能和父进程一样)， 就变成子进程的 PCB 了。
8. 进程调度：父进程和子进程谁先被执行，完全由进程调度器决定，谁先调度，是不确定的。

4. 父进程的很多其他属性都被子进程继承，包括：

• 实际用户 ID 、实际组 ID 、有效用户 ID、有效组 ID
• 附属组 ID
• 进程组 ID
• 回话 ID
• 控制终端
• 设置用户 ID 标志和设置组 ID 标志
• 当前工作目录
• 根目录
• 文件模式创建屏蔽字
• 信号屏蔽和安排
• 对任一打开文件描述符的执行时关闭（close-on-exe） 标志
• 环境
• 连接的共享存储段
• 存储映像
• 资源限制

5. 父进程和子进程之间的区别如下。

• fork 的返回值不同
• 进程 ID 不同
• 这两个进程的父进程 ID 不同： 子进程的父进程 ID 是创建它的进程 ID ，而父进程的父进程 ID 不变
• 子进程的 tms_utime、tms_stime、 tms_cutime 和 tms_ustime 的值设置为 0 。 ---- 进程时间
• 子进程不继承父进程设置的文件锁
• 子进程的未处理闹钟被清除
• 子进程的未处理信号设置为空集

6. fork 失败的两个主要原因是：
   (1) 系统中已经有太多的进程
   (2) 该实际用户 ID 的进程总数超过了系统限制，CHILD_MAX 规定了每个实际用户 ID 在任一时刻可拥有的最大进程数。
7. fork 的用法
   (1) 一个父进程希望复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段。
   (2) 一个进程要执行不同的程序，在这种情况下，子进程从 fork 返回之后立即调用 exec 系列

二、文件共享

1. 在重定向父进程的标准输出时，子进程的标准输出也被重定向，实际上，fork 的一个特性是父进程所有打开的文件描述符都被复制到子进程中。

2. 父进程和子进程每个相同的打开描述符共享一个文件表项，见下图：

3. 一个进程具有 3 个不同的打开文件，他们是标准输入，标准输出，标准错误。在 fork 返回时，结构如下图：

4. 父进程和子进程共享同一个文件偏移量

为啥要共享呢？我们考虑以下情况：
一个进行 fork 子进程，然后等待子进程终止。假定，最为普通处理的一部分，父进程和子进程都向标准输出进行写操作。如果父进程的标准输出已重定向，那么子进程进行写到标准输出时，它将更新与父进程共享的该文件的偏移量。当父进程等待子进程时，子进程写到标准输出；而在子进程终止后，父进程也写到标准输出上，并且知道其输出会追加到子进程所写数据之后。如果父子进程不共享同一文件偏移量，又没有任何形式的同步，当父子进程写同一描述符指向的文件，那么他们的输出就会相互混淆。

5. 在 fork 之后处理文件描述符有以下两种常见的情况。
   (1) 父进程等待子进程完成，在这种情况下，父进程无需对其描述符做任何处理。当子进程终止后，它曾进行过读、写操作的任一共享描述符的偏移量已做了相应更新。
   (2) 父进程和子进程各自执行不同的程序段，在这种情况下，在 fork 之后，父进程和子进程各自关闭他们不需使用的文件描述符，这样就不会干扰对方使用的文件描述符。