详解Linux的系统调用fork()函数

在Linux系统中，fork()是一个非常重要的系统调用，它的作用是创建一个新的进程。具体来说，fork()函数会在当前进程的地址空间中复制一份子进程，并且这个子进程几乎完全与父进程相同，包括进程代码、数据、堆栈以及打开的文件描述符等。因此，父进程和子进程之间的关系可以看作是一个“克隆”关系。

fork()函数的语法如下：

#include   
pid_t fork(void);

其中，参数pid_t代表进程id，而fork()函数返回值则有以下两种情况：

• 如果返回0，表示当前进程是子进程。
• 如果返回一个正整数，表示当前进程是父进程，并且返回的整数就是新创建出来的子进程的进程ID。

此外，如果fork()返回值为-1，表示创建子进程失败。

fork()函数的本质是在内核中创建一个新的进程控制块（PCB），然后将原来进程的PCB中的大部分内容都复制到新的PCB中去，然后让两个进程同时运行。由于新的进程是从原来的进程所复制而来的，因此新进程会继承原来进程的所有资源和信息，包括内存、文件描述符、信号处理方式等。

需要注意的是，fork()函数并不保证父进程和子进程的执行顺序。在fork()之后，操作系统可能会先执行父进程，也可能会先执行子进程，这完全取决于系统的调度算法。

一般情况下，父进程和子进程之间是相互独立的，它们各自运行各自的代码，共享的只有一部分内存空间，而其他资源则是分别使用的。此外，fork()函数还可以通过返回值来区分父进程和子进程，这使得父进程可以管理子进程的行为，例如等待子进程结束、获取子进程的状态等。

需要注意的是，fork函数会返回两次，一次是在父进程中返回子进程的进程ID，一次是在子进程中返回0。

以下是七个fork例子

① Call once, return twice

void fork0() {
    if (fork() == 0) {
        printf("Hello from child\n");
    } else {
        printf("Hello from parent\n");
    }
}

创建一个子进程打印hello from child，父进程打印hello from parent

② Parent and child both run same code

void fork1() {
    int x = 1;
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        printf("Child has x = %d\n", ++x);
    } else {
        printf("Parent has x = %d\n", --x);
    }
    printf("Bye from process %d with x = %d\n", getpid(), x);
}

子进程会输出child has x=2和bye from process 子进程ID with x=2，父进程会输出parent has x=0和bye from process 父进程ID with x=0

③ Parent and child can continue forking

void fork2() {
    printf("L0\n");
    fork();
    printf("L1\n");
    fork();
    printf("Bye\n");
}

父进程输出一个L0、一个L1和一个Bye，一个子进程输出一个L1和一个Bye，一个子进程输出一个Bye，两个孙子进程输出两个Bye，一共一个L0、两个L1和四个Bye

④ Parent and child can continue forking

#define bork fork

void borkfork() {
    bork();
    bork();
    bork();
    printf("borked\n");
}

父进程创建了一个子进程，然后二者又创建了两个子进程，然后四者又创建了四个子进程共八个进程输出八个borkfork

⑤ Parent and child can continue forking

void fork3() {
    printf("L0\n");
    fork();
    printf("L1\n");
    fork();
    printf("L2\n");
    fork();
    printf("Bye\n");
}

由③和④可知将会输出一个L0、两个L1、四个L2和八个Bye

⑥ Nested forks in parents

void fork4() {
    printf("L0\n");
    if (fork() != 0) {
        printf("L1\n");
        if (fork() != 0) {
            printf("L2\n");
            fork();
        }
    }
    printf("Bye\n");
}

由于只有在父进程中fork的返回值才会是进程ID，而子进程中fork的返回值永远是0，所以只有父进程会打印除L0、L1和L2并创建三个子进程，四个进程再打印出四个Bye

⑦ Nested forks in children

void fork5() {
    printf("L0\n");
    if (fork() == 0) {
        printf("L1\n");
        if (fork() == 0) {
            printf("L2\n");
            fork();
        }
    }
    printf("Bye\n");
}

父进程打印出L0，子进程打印出L1，子进程创建的子进程打印出L2并创建一个子进程，四个进程打印四个Bye