apue学习第十二天——进程控制1（第八章）

我们开始第八章啦，process control。要说UNIX的进程控制，当然首先说进程的创建、执行和终止啦，对应的也就是fork, exec, exit。那么我们首先来说fork。

要说fork，当然先看定义啦：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
    /*Returns: 0 in child, process ID of child in parent, −1 on error*/

其实我们从定义看不出来什么，只是知道如果返回0那就代表当前执行的是子进程，返回process ID(>0)代表当前执行的是父进程，返回-1当然是错误啦。其实，初学者（包括我）看定义，只是模糊的知道个概念，所以细节，就要看如下代码啦（fork代码1）：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
	pid_t pid;
	char *message;
	int n;
	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		perror("fork failed");
		exit(1);
	}
	if (pid == 0) {
		message = "This is the child\n";
		n = 6;
	} else {
		message = "This is the parent\n";
		n = 3;
	}
	for(; n > 0; n--) {
		printf("%s", message);
		sleep(1);
	}
	return 0;
}

往往初学者的困惑就在if(pid == 0)之后，前面的很容易懂，我提两点：

(1) pid_t是fork返回的格式，用就行了； (2) pid<0的话，说明子进程没创建成功，当然相应的errno也会被设置。

那好，要想懂后面的东西，直接下面的运行过程图：

我们没有直接看运行结果，直接来看过程图，就是为了通过分析过程来导出结果，最后再验证结果对不对。我们来看分析：

(1) 父进程初始化，它有一个非负整型的唯一ID，有PCB（包括ID，进程状态，内存信息，fd table等等）。

(2) 执行到了fork，那么该进程就会创建它的子进程。怎么创建呢？子进程获得父进程数据空间、堆、栈的copy，父子进程不共享这些东西，那共享什么呢？共享.text段（当然在后面file sharing也会共享file tables，先不提这个）。那子进程是不是在创建时立即获得父进程的这些信息的copy呢？不是，有种Copy-On-Write（COW）技术，初始exec时把这数据段、堆栈设为只读并对父子进程共享，谁要修改这些值的时候再copy。

或者可以这样说，这个时候父子进程看起来完全一样，fork刚进kernel，还没有返回；

(3) “调用一次，返回两次”。来吧，现在有两个一模一样的进程都等待fork从kernel中返回。先返回哪个呢？不知道。这个取决于内核的调度算法。我们知道的是，如果fork返回了值，那么它给父进程返回的是刚创建的子进程ID(>0)，给子进程返回的是0；

(4) 我们说了，哪个先返回，哪个先执行，取决于调度算法，我们不知道。好吧，那就假设(!)父进程先返回吧！那么它当然执行else里面的东西：初始化message = "This is the parent"; n = 3; 好啦，这个过程其实很快，我们假设(!)子进程还没返回，那么就继续执行，进入for语句，执行第一个printf，完毕后sleep(1)。

(5) 那好，这1秒钟对计算机来说很长了，假设(!)这时候子进程的pid==0也返回啦。在父进程等待的1秒钟里，它执行到printf，并也是sleep(1)。

(6) 所以，结果很有可能是这样的：父子进程交替执行，直到结束。

我们有很多假设(!)，所以执行顺序也有很大的不确定性。来，看实际运行的结果：

$ ./a.out 
This is the child
This is the parent
This is the child
This is the parent
This is the child
This is the parent
This is the child
$ This is the child
This is the child

啊~差不多吧，只是在这个结果中，fork先返回了子进程。但是！哎？倒数第二行是怎么回事？那个$在那里怎么那么碍眼。原因嘛，是这样的：

首先，这个程序是在shell下运行的吧？那么这个parent的父进程是谁？对啦！是shell！parent执行完最后一个printf之后，当然要exit，虽然此时它的子进程还没有执行完呢，但shell可不知道这个最小的子进程的存在，所以就直接输出$符号啦！（其实这个时候shell又可以接受其它命令正常工作了）但这个失去了爸比的子进程该怎么办呢？它被init（pID=1）收养（inherited）啦，我们后边会说到这个“孤儿院”进程和另外一个重要的swapper。如果此时打印这个被收养的子进程的父ID（getppid），就会发现它是1啦！

那么，OK，fork代码1我们分析完毕。

好困啊，回去睡觉去，明天接着写。