Linux中fork函数详解（附图解与代码实现）

我们先来看个代码，判断一下这个代码的输出结果会是什么样的，先不要去看运行结果，判断好后再去看看是否和你的预期结果一致。

#include
#include
#include
#include

int main(void)
{
	pid_t pid;
	pid = fork();
	printf("xxxxxxxxxx\n");
	while (1) 
	{
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

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运行结果：

xxxxxxxxxx

xxxxxxxxxx

是不是和你预想的结果不太一样呢？为什么会是输出两遍呢？这是什么原理呢？

抱着这样的问题，让我们来研究一下fork函数的奥秘吧。

fork函数

功能：创建一个与原来进程几乎完全相同的进程

这也就代表着，父进程可通过调用该函数创建一个子进程，两个进程可以做完全相同的事

返回值：pid_t类型的变量，也就是进程id类型的变量

这里有个非常让人惊讶的地方，fork函数的返回值是2个！！！

想想自己学了那么久的编程，好像没有返回值是两个的函数啊。别慌，接着往下看

我们来对父进程通过fork函数创建子进程的过程做个具体的说明，上图！

      在上述这个图中，当调用fork函数时，操作系统会从用户态切换回内核态来进行进程的创建，会调用fork函数中的_CREATE函数和_CLONE函数。

      首先调用_CREATE函数，子进程进行虚拟地址申请，在子进程的内核空间中进行不完全拷贝，为什么是不完全拷贝呢？就像父亲和儿子的关系一样，你可以和你爸爸的民族，籍贯所在地一样，但你不能和你爸的年龄，身份证号都一样吧。PCB作为每个进程的唯一标识符，就像每个人的身份证一样，是不可能完全一样的，所以这个地方时不完全拷贝，如pid就需要自己生成。这个地方的子进程是新生态。

      之后调用_CLONE函数，向父进程拷贝必要资源，子进程的用户空间进行完全拷贝，子进程继承所有父进程资源，如临时数据堆栈拷贝，代码完全拷贝。

 这个时候就有善于思考的同学会发现，并提出以下问题：

诶诶诶，你这父进程创建一个子进程，你这子进程把你的代码完全拷贝走了。

• 那子进程不是把fork函数也拷贝走了吗？
• 那子进程不也可以通过fork函数创建孙线程了吗？
• 那你这不是子又生孙，孙又生子吗？
• 那你这不无限创造进程了吗？
• 那为什么上面的代码的运行结果只有两个输出？

考虑的非常好啊，这也是我们下面要讲的问题

讲解完父进程如何通过fork函数创建子进程，接下来我们就要讲解父子进程如何执行fork函数

上图！

 其实大体来说，我们可以将fork函数分为三步

1. 调用_CREATE函数，也就是进程创建部分
2. 调用_CLONE函数，也就是资源拷贝部分
3. 进程创建成功，return 0;     失败，return -1:

        前2步也就是父进程通过fork函数创建子进程的步骤，在执行完_CLONE函数后，fork函数会有第一次返回，子进程的pid会返回给父进程。

        要注意的是，在第3步中，fork函数不是由父进程来执行，而是由子进程来执行，当父进程执行完_CLONE函数后，子进程会执行fork函数的剩余部分，执行最后这个语句，fork函数就会有第二次返回，如果成功就返回0，失败就返回-1。

        我们就可以总结得出，父子进程都执行fork函数，但执行不同的代码段，获取不同的返回值。所以fork函数的返回值情况如下：

        父进程调用fork，返回子线程pid（>0）

        子进程调用fork，子进程返回0，调用失败的话就返回-1

        这也就说明了fork函数的返回值是2个

可以通过下面的代码来验证该过程

#include
#include
#include
#include


int main(void)
{
	//Parent Start
	pid_t pid;
	pid = fork();
	if (pid > 0)
	{
		printf("parent running\n");
		while (1)
		{
			sleep(1);
		}
	}
	else if (pid == 0)
	{
		//Child Start
		printf("Child Running\n");
		while (1)
		{
			sleep(1);
		}
		//Child End
	}
	else
	{
		perror("fork call failed\n");
	}
	while (1)
	{
		sleep(1);
	}
	return 0;
}
//Parent End

运行结果：

parent running

Child Running

另外和大家说一个小知识点

整个Linux操作系统都是由父子进程结构构成

每个进程都有创建者，也就是父进程，但是有一个进程例外，也就是init进程

init进程（0 or 1），init进程是系统启动初始化后的第一个进程

今天的学习记录到此结束啦，咱们下篇文章见，ByeBye！