Linux------进程的fork()详解

目录

前言

一、fork()的使用

二、fork()的返回值

我们为什么要创建子进程？

父进程与子进程的分流

三、fork的一些难理解的问题

1.fork干了什么事情？

2.fork为什么会有两个返回值 

3.fork的两个返回值，为什么会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？

4.fork之后，父子进程谁先运行？

5.如何理解同一个变量，会有不同的值？？

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前言

在之前，我们学习了进程的概念以及命令行启动进程，今天我们来学习另一种进程创建方法：用代码创建进程。

这里我们简单回顾一下，进程 = 可执行程序+task_struct对象。

创建一个进程，在系统中要申请内存，保存当前进程的可执行程序 + task_struct对象，并将 task_struct对象添加到进程列表

一、fork()的使用

我们在命令行man fork 看一下fork函数的用法与作用。 

根据图片可以得到fork会创建一个子进程， 在执行fork()过后，会从一个执行流变成两个执行流，这两个执行流都会执行后续的代码。这里说起来还是有点抽象，我们直接上代码试一试。代码如下。

我们发现明明我们只写了两句打印代码，却输出了三句，fork之后，打印代码执行了两遍。 还发现本身进程为21554，现在还多了一个进程为21555。

我们打印更多消息看一下 

执行看一看效果，这里我们发现，调用fork()后，新生成的进程是当前进程的子进程。

现在我们可以总结一下结论：只有父进程执行fork之前的代码，fork之后，父子进程都要执行后面的代码。

二、fork()的返回值

我们命令行  man fork 再来看一下fork的返回值。失败了返回-1，并且没有子进程被创建，如果成功，父进程返回子进程的PID，子进程返回0。这直接颠覆了我们的认知，为什么一个函数可以有两个返回值啊。

我们编辑代码，打印出来看看怎么回事。

 

我们发现确实如此，返回的值真的不一样 

虽然现在fork我们大概什么情况，但这里还有问题。

1. 我们为什么要创建子进程？
2. 我们创建子进程是为了让子进程和我们父进程做一样的事情吗？

我们为什么要创建子进程？

之前，我们学习C/C++的时候，根本就没听说过什么fork父进程子进程，这是因为当时我们的任务是线性的，只需要完成一件事就行了，现在，我们想让子进程协作父进程完成一些工作，这些工作是单进程解决不了的。

举个例子，我最爱迅雷边下边播这个功能，我们想让一个进程去下载，另一个进程去播放，这样才可以达到我们的目标。

我们创建子进程，就是为了让子进程和父进程做不一样的事。

但是，现在问题又来了，你如何保证他们两可以执行不同的代码呢？

父进程与子进程的分流

我们可以通过fork的返回值的不同，判断出谁是子谁是父，从而让他们执行不同的代码。

我们看一下结果，确实可以通过fork返回值的不同来分流。

大家知道了fork的分流，但是底层逻辑我们还不清楚，这是如何分流的呀。怎么来了两个返回值呢？这些我们在下一章讲。

三、fork的一些难理解的问题

1.fork干了什么事情？

fork之后，子进程是没有自己的代码和数据的，子进程会和父进程共享代码和数据，因此他们执行的是一样的代码。

fork之前的代码，子进程也可以看见，但是fork之后，eip（是寄存器，用来存储CPU要读取指令的地址，CPU通过EIP寄存器读取即将要执行的指令）指向的fork后续的代码，eip也会被子进程继承，因此子进程只会执行fork之后的代码。

2.fork为什么会有两个返回值 

fork是系统接口，本质上就是一个函数，在fork里面进行创建子进程，将子进程放入调度队列中。我们现在知道，fork之后，代码共享，这里指的在fork内部，代码就已经被共享了，也就是子进程已经被创建出来了，最后需要return返回。

父进程需要return，子进程也需要return，因此fork会有两个返回值。

3.fork的两个返回值，为什么会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？

在现实中，你生了五个儿女，你叫他们不能统一的叫儿子或者女儿，因为这样儿女不知道你叫的是哪个儿子哪个女儿，因此你需要叫他们大儿子，二儿子，大女儿来区分他们。而他们叫你爸爸，正常情况下爸爸只有一个，不需要做额外区分。

计算机也要标识出到底是哪一个儿子，由于父只有一个，而子进程可以有很多个，因此父进程返回子进程的pid，来标识你创建好的子进程pid是多少。子进程返回0，因为子进程只有一个父亲，不需要额外标识出来。

4.fork之后，父子进程谁先运行？

首先，fork创建完成子进程，这仅仅是一个开始，创建完成后，系统的其他进程，还有当前的父进程和子进程，是要被CPU调度执行的。

当父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队的时候，哪一个进程先被CPU调度，哪一个进程就先运行，因此我们不确定，这是由各自PCB的调度信息（时间片，优先级等）+调度算法自助决定。

5.如何理解同一个变量，会有不同的值？？

要理解这个问题，我们得先知道父子进程是具有独立性的。

比如之前我们提到的边下边播，你由于断网问题，下载停止了，但是只要你当前观看内容片段已经下载，播放就不会停止。

同理，如果我们fork之后，有了父子进程，父进程被杀掉，子进程也应该还在啊，或者子进程被杀掉，父进程应该也还在。如下。

杀死父进程，子进程仍在运行

杀死子进程，父进程仍在运行 

现在我们可以得知， 进程在运行的时候，无论什么关系，进程之间都具有独立性。

这个独立性是如何做到的呢？

进程的独立性，首先表现在有各自的PCB。但是我们之前提到fork之后，子进程是没有代码和数据的，他和父进程共享代码和数据。代码本身是只读的，不会影响。但是数据是会修改的。因此父子进程代码共享，数据各自必须想办法私有一份。

这运用到了写时拷贝，如果数据值是一样的，那我就不做处理，如果数据不一样，那我子进程要想办法深拷贝一份数据，当子进程的值覆盖上去，这就完成了父子进程数据各自一份。

正是由于返回的时候发生了写时拷贝，因此同一个变量会有不同的值。