【TCP/IP】多进程服务器的实现(进阶) - 进程的概念及fork函数

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进程的概念及应用

进程的定义

进程的ID

fork函数（进程创建函数）

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        多进程（以及多线程）是现代计算机网络的精髓。在之前，我们所做的诸如回声服务器、回声客户端、文件收发等都是偏向基础的单进程应用。而经过前面的铺垫，我们对Socket也有了一定了解。接下来，让我们一起正式开始探索真正的网络编程吧！

进程的概念及应用

进程的定义

        进程（Process）是计算机中程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

补充：

宏观上，当有多个进程运行在操作系统上时，我们看到的效果是这些程序可以同时得到响应。而从微观上看，这些（程序的）进程并非同时被执行，而是通过在CPU分配的时间片中，借助CPU的高效计算能力，被反复快速地交替执行，进而让我们视觉上看到的是“同时进行”的效果。

进程的ID

        在操作系统中，所有进程创建时都会被分配一个ID，我们将这个ID称为“进程ID”，其值为大于2的整数。值为1的进程ID通常被分配给用于协助操作系统的系统应用程序。

        在Linux中，我们可以通过 ps 命令来查看当前系统正在运行的进程，其用法如下：

                        ps [选项，见下表] 

基本选项	含义
-A, -e	所有进程
-a	所有tty终端下的进程，除了对话期首进程
a	所有tty终端下的进程，包括其他用户
-d	全部进程，除了会话期首进程
-N, --deselect	反选进程（显示进程中未显示的部分）
r	运行中的进程
T	当前终端下的所有进程
x	非tty终端控制下的进程

        如图所示：

        根据需要，还可进一步显示进程细节，具体用法可以通过 ps --help all 查阅，在这里不再赘述。

fork函数（进程创建函数）

        在多进程服务器端中，我们常用fork函数来创建进程，具体用法如下：

#include 

pid_t fork(void);

//成功时返回进程ID ，失败时返回-1

        fork函数会创建调用该函数的进程的副本，即复制一份当前调用了fork函数的进程。副本进程（子进程）创建完成后，会同原进程（父进程）一起执行fork函数调用完成后的语句。在判断原进程和副本进程时，需要通过fork函数的返回值来区分。

• 父进程：fork函数返回子进程ID
• 子进程：fork函数返回0 

        父进程(Parent Process)指的是调用fork函数的主体，而子进程(Child Process)是通过父进程调用fork函数复制得来的进程。 

        调用fork函数后的程序运行流程如下图所示：

        从图中可以看出，父进程调用fork函数时创建了一份子进程，并由pid_t变量接收fork函数返回的进程ID值。在这之前，子进程继承了父进程之前的变量值（gval、lval）。不过在创建完成后，父进程和子进程的ID并不同，在父进程中将执行if条件满足pid!=0的语句块，即lval++；而子进程将执行pid==0的语句块，即gval++。

        让我们来验证下思路:

        fork.cpp

#include 
#include 

int gval = 10;

int main(int argc, char *argv[])
{
    pid_t pid;
    int lval = 20;
    gval++;    // gval -> 11
    lval += 5; // lval -> 25

    pid = fork();
    if (pid == 0) // 子进程
    {
        gval += 1; // gval -> 12
        lval += 2; // lval -> 27
    }
    else // 父进程
    {
        gval -= 1; // gval -> 10
        lval -= 2; // lval -> 23
    }

    pid == 0 ? printf("Child Process: gval = %d, lval = %d \n", gval, lval)
             : printf("Parent Process: gval = %d, lval = %d \n", gval, lval);
    return 0;
}

        输出结果：

        从运行结果来看，验证了我们之前的想法的正确性。需要注意的是，调用fork函数后，父进程之前的变量及其值在子进程中是一致的（也拷贝了一份），但父、子进程又有彼此完全独立的内存结构，因此在fork函数操作完成后执行的下阶段函数互不影响，结果彼此独立。