linux进程之fork函数

fork函数：
fork函数的作用是从调用进程中创建一个新的进程，新的进程相当于是调用进程的副本，称为子进程，而调用进程称为父进程。
本节主要讲解父子进程之间的联系和区别。
函数原型：

#include 
pid_t fork(void);

返回值：

• 在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。
• 在子进程中，fork返回0。
• 如果出现错误，fork返回一个负值。

fork调用为什么会返回两次呢？
fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，这也是fork难以理解的点。
由于子进程复制了父进程的堆栈段，所以两个进程都停留在fork函数中，等待返回。因此fork函数会返回两次，一次是在父进程中返回，另一次是在子进程中返回，这两次的返回值是不一样的。

fork函数的作用：
fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程。子进程是父进程的副本，子进程获得父进程数据空间、栈和堆的副本，这是子进程所拥有的副本，但是父子进程并不共享这些存储空间部分。

接下来看看示例例子，看看实验结果是不是如上所说的。
示例程序：

/* fork.c*/

#include   
#include   
#include

int main ()   
{   
    pid_t pid;
    int count=0;  
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("child\n");
        count++;
    }
    else
    {
        printf("parent\n");
        sleep(1);
    }
    printf("pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count); 
    return 0;  
}

以上程序fork之后，父进程相当于执行如下代码：

#include   
#include   
#include
int main ()   
{   
    pid_t pid; 
    int count=0;  
    printf("parent\n");
    sleep(1);
    printf("pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count); 
    return 0;  
}

子进程相当于执行如下代码：

#include   
#include   
#include
int main ()   
{   
    pid_t pid; //pid表示fork函数返回的值  
    int count=0;  
    printf("child\n");
    count++;
    printf("pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count); 
    return 0;  
}

实验结果：

ubuntu:~/test/process_test$ gcc fork.c -o fork  
ubuntu:~/test/process_test$ ./fork
parent
child
pid = 88270,ppid = 88269, count = 1
//隔一秒才打印下面父进程的log
pid = 88269,ppid = 25872, count = 0

以上例子可以看出，子进程和父进程的count变量是不共享的，是各自存储空间的，从打印出来的count变量的值不相同可以证明这一点。
下面再来看一个例子，可以初步证明子进程是父进程的副本。

/* fork2.c*/

#include   
#include   
 #include

int main ()   
{   
    pid_t pid; //pid表示fork函数返回的值  
    int count=0;  
    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("child\n");
        count++;
        printf("child: pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count); 
    }
    else
    {
        printf("parent\n");
        sleep(1);
        printf("parent:pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count);  
    }
    return 0;  
}

实验结果：

ubuntu:~/test/process_test$ gcc fork2.c -o fork2
ubuntu:~/test/process_test$ ./fork2
parent
child
child: pid = 88754,ppid = 88753, count = 1
//隔一秒才打印下面父进程的log
parent:pid = 88753,ppid = 25872, count = 0

从实验结果可以看出，fork2.c和fork.c效果是一致的，证明了fork.c中父进程printf代码会被子进程拷贝一个副本。一般来说，在fork之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的，这取决于内核所使用的调度算法。所以，这里我们让父进程sleep再打印log，是为了让子进程先执行打印log，方便我们对结果的分析。
还有一个重要的点是，子进程和父进程共享同一个文件偏移量。
下面用实例程序来测试文件偏移量是否共享。

/* open_fork.c*/

#include   
#include   
#include
#include 
#include 
#include 

#define FILENAME "file_fork"
/*
*测试文件偏移量是否共享
*/

int main ()   
{   
    pid_t pid; //pid表示fork函数返回的值  
    int count=0;  
    char write_child_buf[] = "11111";
    char write_parent_buf[] = "22222";
    int fd = open(FILENAME,O_RDWR | O_CREAT,0777);
    if(fd < 0)
    {
        perror("open");
    }

    if ((pid = fork()) < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(-1);
    }
    else if (pid == 0)
    {
        printf("child\n");
        if (write(fd,write_child_buf,sizeof(write_child_buf)))
        {
            perror("write");
        }
        count++;
        printf("child: pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count); 
    }
    else
    {
        printf("parent\n");
        sleep(2);
        if (write(fd,write_parent_buf,sizeof(write_parent_buf)))
        {
            perror("write");
        }
        printf("parent:pid = %ld,ppid = %ld, count = %d\n",(long)getpid(),(long)getppid(),count);  
    }
    return 0;  
}

实验结果：

ubuntu:~/test/process_test$ ./open_fork
parent
child
write: Success
child: pid = 6737,ppid = 6736, count = 1
write: Success
parent:pid = 6736,ppid = 25872, count = 0
ubuntu:~/test/process_test$ cat file_fork 
1111122222chenting

从上面的结果中，我们看到，子进程向文件file_fork写入字符串“11111”，然后父进程向file_fork向文件写入字符串“22222”，可以看到字符串“22222”是追加到字符串“11111”后面的，说明父子进程文件描述符、文件偏移量是有被共享的。
（以下内容参考《unix环境高级编程》）
这种共享文件的方式使父子进程对同一文件使用了一个文件偏移量，如果父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经重定向，那么子进程写到标准输出时，它将更新与父进程共享的该文件的偏移量。比如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，并且其输出会添加在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，这种形式的交互很难实现。除了打开文件之外，父进程的很多其他属性也由子进程继承，包括：

• 实际用户ID，实际组ID，有效用户ID，有效组ID。
• 附加组ID。
• 进程组ID。
• session 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。
• 针对任意开打文件描述符的在执行时关闭（close-on-exec）标志。
  环境。
• 连接的共享存储段。
• 资源映射。
• 资源限制。

父子进程的区别是：

• fork返回值。
• 进程ID不同。
• 两个进程具有不同的父进程ID。
• 子进程的tms_utime，tms_stime，tms_cutime以及tms_ustime均设置为0.
• 父进程设置的文件锁不会被子进程继承。
• 子进程的未处理alarm被清除。
• 子进程的未处理信号设置为空集。