FORK()函数的理解
fork()函数，Linux系统调用
头文件：
#include <unistd.h>
函数定义：
int fork( void );
返回值：
子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1
函数说明：
一个现有进程可以调用fork函数创建一个新进程。由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。fork函数被调用一次但返回两次。两次返回的唯一区别是子进程中返回0值而父进程中返回子进程ID。
子进程是父进程的副本，它将获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本。注意，子进程持有的是上述存储空间的“副本”，这意味着父子进程间不共享这些存储空间，它们之间共享的存储空间只有代码段。
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关于fork()函数的精辟分析
#include <unistd.h>;
#include <sys/types.h>;
main ()
{
pid_t pid;
pid=fork();
if (pid < 0)
printf("error in fork!");
else if (pid == 0)
printf("i am the child process, my process id is %dn",getpid());
else
printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid());
}
结果是
[root@localhost c]# ./a.out
i am the child process, my process id is 4286
i am the parent process, my process id is 4285
我就想不到为什么两行都打印出来了，在我想来，不管pid是多少，都应该只有一行才对
回答：
要搞清楚fork的执行过程，就必须先讲清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程，主要包含三个元素：
o. 一个可以执行的程序；
o. 和该进程相关联的全部数据（包括变量，内存空间，缓冲区等等）；
o. 程序的执行上下文（execution context）。
不妨简单理解为，一个进程表示的，就是一个可执行程序的一次执行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理，典型的情况，是通过进程表完成的。进程表中的每一个表项，记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单 CPU的情况而言，每一特定时刻只有一个进程占用 CPU，但是系统中可能同时存在多个活动的（等待执行或继续执行的）进程。
一个称为“程序计数器（program counter, pc）”的寄存器，指出当前占用 CPU的进程要执行的下一条指令的位置。
当分给某个进程的 CPU时间已经用完，操作系统将该进程相关的寄存器的值，保存到该进程在进程表中对应的表项里面；把将要接替这个进程占用 CPU的那个进程的上下文，从进程表中读出，并更新相应的寄存器（这个过程称为“上下文交换(process context switch)”，实际的上下文交换需要涉及到更多的数据，那和fork无关，不再多说，主要要记住程序寄存器pc指出程序当前已经执行到哪里，是进程上下文的重要内容，换出 CPU的进程要保存这个寄存器的值，换入CPU的进程，也要根据进程表中保存的本进程执行上下文信息，更新这个寄存器）。
好了，有这些概念打底，可以说fork了。当你的程序执行到下面的语句：
pid=fork();
操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器pc，在父、子进程的上下文中都声称，这个进程目前执行到fork调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳。
父进程继续执行，操作系统对fork的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid（一个正整数），所以下面的if语句中pid<0, pid==0的两个分支都不会执行。所以输出i am the parent process...
子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占据 CPU，操作系统对fork的实现，使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，虽然是同一个程序，但是这是同一个程序的另外一次执行，在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的，从执行的角度说和父进程相互独立）中pid=0。这个进程继续执行的过程中，if语句中pid<0不满足，但是pid==0是true。所以输出i am the child process...
我想你比较困惑的就是，为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了。在一个程序的一次执行中，这当然是不可能的；但是你看到的两行输出是来自两个进程，这两个进程来自同一个程序的两次执行。
我的天，不知道说明白了没……
zhaojinbo 回复于：2004-04-28 12:35:50
fork之后，操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程，虽说是父子关系，但是在操作系统看来，他们更像兄弟关系，这2个进程共享代码空间，但是数据空间是互相独立的，子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝，指令指针也完全相同，但只有一点不同，如果fork成功，子进程中fork的返回值是0，父进程中fork的返回值是子进程的进程号，如果fork不成功，父进程会返回错误。
可以这样想象，2个进程一直同时运行，而且步调一致，在fork之后，他们分别作不同的工作，也就是分岔了。这也是fork为什么叫fork的原因。
至于那一个最先运行，可能与操作系统有关，而且这个问题在实际应用中并不重要，如果需要父子进程协同，可以通过原语的办法解决。
sniper 回复于：2004-04-28 22:11:15
哦，偶明白了，在程序段里用了fork();之后程序出了分岔，派生出了两个进程。具体哪个先运行就看该系统的调度算法了。
在这里，我们可以这么认为，在运行到"pid=fork();"时系统派生出一个跟主程序一模一样的子进程。该进程的"pid=fork();"一句中pid得到的就是子进程本身的pid；子进程结束后，父进程的"pid=fork();"中pid得到的就是父进程本身的pid。因此改程序有两行输出。
注：此处不准确，在子进程中pid的值为0，通过getpid可以获取子进程的进程id；在父进程中pid为父进程编号。
勘误：父进程中的pid值为子进程进程号，只有父进程执行的getpid()才是他自己的进程号。寒，彻底的in了
jjl3 回复于：2004-07-14 11:43:20
我做如下修改
#include <unistd.h>;
#include <sys/types.h>;
main ()
{
pid_t pid;
printf("fork!"); // printf("fork!/n");
pid=fork();
if (pid < 0)
printf("error in fork!");
else if (pid == 0)
printf("i am the child process, my process id is %dn",getpid());
else
printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid());
}
结果是
[root@localhost c]# ./a.out
fork!i am the child process, my process id is 4286
fork!i am the parent process, my process id is 4285
但我改成printf("fork!n");后，结果是
[root@localhost c]# ./a.out
fork!
i am the child process, my process id is 4286
i am the parent process, my process id is 4285
为什么只有一个fork!打印出来了？上一个为什么有2个？
bashfulboy 回复于：2004-07-14 22:10:52
我也来一下:
wujiajia 的理解有些错误,
printf("AAAAAAAA");//print 一次； 这里会print 2次
如果你将 printf("AAAAAA") 换成 printf("AAAAAAn") 那么就是只打印一次了.
主要的区别是因为有了一个 /n 回车符号
这就跟Printf的缓冲机制有关了,printf某些内容时,操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上
但是,只要看到有 n 则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了.
运行了printf("AAAAAA") 后, AAAAAA 仅仅被放到了缓冲里,再运行到fork时,缓冲里面的 AAAAAA 被子进程继承了
因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了 AAAAAA.
所以,你最终看到的会是 AAAAAA 被printf了2次!!!!
而运行 printf("AAAAAAn")后, AAAAAA 被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有 AAAAAA 内容
因此你看到的结果会是 AAAAAA 被printf了1次!!!!
（精要）
>;>;派生子进程的pid变量并没有被改变是什么意思 对于子进程来讲pid不就是0吗
1,派生子进程的进程，即父进程，其pid不变；
2,对子进程来说，fork返回给它0,但它的pid绝对不会是0；之所以fork返回0给它，是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid；
3,楼上的楼上的你的观点是对的，fork之后夫子进程除非采用了同步手段，否则不能确定谁先运行，也不能确定谁先结束。认为子进程结束后父进程才从fork返回的，这是不对的，fork不是这样的，vfork才这样
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对于刚刚接触Unix/Linux操作系统，在Linux下编写多进程的人来说，fork是最难理解的概念之一：它执行一次却返回两个值。
首先我们来看下fork函数的原型：
＃i nclude <sys/types.h>
＃i nclude <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：
负数：如果出错，则fork()返回-1,此时没有创建新的进程。最初的进程仍然运行。
零：在子进程中，fork()返回0
正数：在父进程中，fork()返回正的子进程的PID
其次我们来看下如何利用fork创建子进程。
创建子进程的样板代码如下所示：
pid_t child;
if((child = fork())<0)
/*错误处理*/
else if(child == 0)
/*这是新进程*/
else
/*这是最初的父进程*/
fock函数调用一次却返回两次；向父进程返回子进程的ID，向子进程中返回0，
这是因为父进程可能存在很多过子进程，所以必须通过这个返回的子进程ID来跟踪子进程，
而子进程只有一个父进程，他的ID可以通过getppid取得。
下面我们来对比一下两个例子：
第一个：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
pid_t pid;
int count=0;
pid = fork();
printf( "This is first time, pid = %d/n", pid );
printf( "This is second time, pid = %d/n", pid );
count++;
printf( "count = %d/n", count );
if ( pid>0 )
{
printf( "This is the parent process,the child has the pid:%d/n", pid );
}
else if ( !pid )
{
printf( "This is the child process./n")
}
else
{
printf( "fork failed./n" );
}
printf( "This is third time, pid = %d/n", pid );
printf( "This is fouth time, pid = %d/n", pid );
return 0;
}
运行结果如下：
问题：
这个结果很奇怪了，为什么printf的语句执行两次，而那句“count++;”的语句却只执行了一次
接着看：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int count=0;
pid = fork();
printf( "Now, the pid returned by calling fork() is %d/n", pid );
if ( pid>0 )
{
printf( "This is the parent process,the child has the pid:%d/n", pid );
printf( "In the parent process,count = %d/n", count );
}
else if ( !pid )
{
printf( "This is the child process./n");
printf( "Do your own things here./n" );
count ++;
printf( "In the child process, count = %d/n", count );
}
else
{
printf( "fork failed./n" );
}
return 0;
}
运行结果如下：
现在来解释上面提出的问题。
看这个程序的时候，头脑中必须首先了解一个概念：在语句pid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的代码部分完全相同，将要执行的下一条语句都是if ( pid>0 )……。
两个进程中，原先就存在的那个被称作“父进程”，新出现的那个被称作“子进程”。父子进程的区别除了进程标志符（process ID）不同外，变量pid的值也不相同，pid存放的是fork的返回值。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，它可能有三种不同的返回值：
1. 在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2.在子进程中，fork返回0；
3.如果出现错误，fork返回一个负值；
fork出错可能有两种原因：（1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。（2）系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。
接下来我们来看看APUE2中对fork的说明：
The new process created by fork is called the child process. This function is called once but returns twice. The only difference in the returns is that the return value in the child is 0, whereas the return value in the parent is the process ID of the new child. The reason the child's process ID is returned to the parent is that a process can have more than one child, and there is no function that allows a process to obtain the process IDs of its children. The reason fork returns 0 to the child is that a process can have only a single parent, and the child can always call getppid to obtain the process ID of its parent. (Process ID 0 is reserved for use by the kernel, so it's not possible for 0 to be the process ID of a child.)
被fork创建的新进程叫做自进程。fork函数被调用一次，却两次返回。返回值唯一的区别是在子进程中返回0，而在父进程中返回子进程的pid。在父进程中要返回子进程的pid的原因是父进程可能有不止一个子进程，而一个进程又没有任何函数可以得到他的子进程的pid。
Both the child and the parent continue executing with the instruction that follows the call to fork. The child is a copy of the parent. For example, the child gets a copy of the parent's data space, heap, and stack. Note that this is a copy for the child; the parent and the child do not share these portions of memory. The parent and the child share the text segment (Section 7.6).
子进程和父进程都执行在fork函数调用之后的代码，子进程是父进程的一个拷贝。例如，父进程的数据空间、堆栈空间都会给子进程一个拷贝，而不是共享这些内存。
Current implementations don't perform a complete copy of the parent's data, stack, and heap, since a fork is often followed by an exec. Instead, a technique called copy-on-write (COW) is used. These regions are shared by the parent and the child and have their protection changed by the kernel to read-only. If either process tries to modify these regions, the kernel then makes a copy of that piece of memory only, typically a "page" in a virtual memory system. Section 9.2 of Bach [1986] and Sections 5.6 and 5.7 of McKusick et al. [1996] provide more detail on this feature.
我们来给出详细的注释
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int count=0;
/*此处，执行fork调用，创建了一个新的进程， 这个进程共享父进程的数据和堆栈空间等，这之后的代码指令为子进程创建了一个拷贝。 fock 调用是一个复制进程，fock 不象线程需提供一个函数做为入口， fock调用后，新进程的入口就在 fock的下一条语句。*/
pid = fork();
/*此处的pid的值，可以说明fork调用后，目前执行的是父进程还是子进程*/
printf( "Now, the pid returned by calling fork() is %d/n", pid );
if ( pid>0 )
{
/*当fork在子进程中返回后，fork调用又向父进程中返回子进程的pid， 如是该段代码被执行，但是注意的事，count仍然为0， 因为父进程中的count始终没有被重新赋值, 这里就可以看出子进程的数据和堆栈空间和父进程是独立的，而不是共享数据*/
printf( "This is the parent process,the child has the pid:%d/n", pid );
printf( "In the parent process,count = %d/n", count );
}
else if ( !pid )
{ /*在子进程中对count进行自加1的操作，但是并没有影响到父进程中的count值，父进程中的count值仍然为0*/
printf( "This is the child process./n");
printf( "Do your own things here./n" );
count++;
printf( "In the child process, count = %d/n", count );
}
else
{
printf( "fork failed./n" );
}
return 0;
}
也就是说，在Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就是"代码段"、"堆栈段"和"数据段"。"代码段"，顾名思义，就是存放了程序代码的数据，假如机器中有数个进程运行相同的一个程序，那么它们就可以使用相同的代码段。"堆栈段"存放的就是子程序的返回地址、子程序的参数以及程序的局部变量。而数据段则存放程序的全局变量，常数以及动态数据分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得的空间）。系统如果同时运行数个相同的程序，它们之间就不能使用同一个堆栈段和数据段。
仔细分析后，我们就可以知道：
一个程序一旦调用fork函数，系统就为一个新的进程准备了前述三个段，首先，系统让新的进程与旧的进程使用同一个代码段，因为它们的程序还是相同的，对于数据段和堆栈段，系统则复制一份给新的进程，这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。
fork()不仅创建出与父进程代码相同的子进程，而且父进程在fork执行点的所有上下文场景也被自动复制到子进程中，包括：
——全局和局部变量
——打开的文件句柄
——共享内存、消息等同步对象
而如果两个进程要共享什么数据的话，就要使用另一套函数（shmget，shmat，shmdt等）来操作。现在，已经是两个进程了，对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零，这样，对于程序，只要判断fork函数的返回值，就知道自己是处于父进程还是子进程中。
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