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  • linux fork函数浅析

    由fork创建的新进程被称为子进程(child process)。该函数被调用一次,但返回两次。两次返回的差别是子进程的返回值是0,而父进程的返回值则是新进程(子进程)的进程 id。将子进程id返回给父进程的理由是:由于一个进程的子进程能够多于一个,没有一个函数使一个进程能够获得其全部子进程的进程id。 对子进程来说,之所以fork返回0给它,是由于它随时能够调用getpid()来获取自己的pid;也能够调用getppid()来获取父进程的id。(进程id 0总是由交换进程使用,所以一个子进程的进程id不可能为0 )。

    fork之后,操作系统会复制一个与父进程全然同样的子进程,虽说是父子关系,可是在操作系统看来,他们更像兄弟关系,这2个进程共享代码空间,可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,指令指针也全然同样,子进程拥有父进程当前执行到的位置(两进程的程序计数器pc值同样,也就是说,子进程是从fork返回处開始执行的),但有一点不同,假设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,假设fork不成功,父进程会返回错误。
    能够这样想象,2个进程一直同一时候执行,并且步调一致,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

    至于那一个最先执行,可能与操作系统(调度算法)有关,并且这个问题在实际应用中并不重要,假设须要父子进程协同,能够通过原语的办法解决。

    一个fork样例

    要搞清楚fork的运行过程,就必须先弄清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程,主要包括三个元素:
    o. 一个能够运行的程序;
    o. 和该进程相关联的所有数据(包含变量,内存空间,缓冲区等等);
    o. 程序的运行上下文(execution context)。

    最好还是简单理解为,一个进程表示的,就是一个可运行程序的一次运行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理,典型的情况,是通过进程表完毕的。进程表中的每个表项,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,每一特定时刻仅仅有一个进程占用 CPU,可是系统中可能同一时候存在多个活动的(等待运行或继续运行的)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的进程要运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相应的表项里面;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)”,实际的上下文交换须要涉及到很多其它的数据,那和fork无关,不再多说,主要要记住程序寄存器pc记录了程序当前已经运行到哪里,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,也要依据进程表中保存的本进程运行上下文信息,更新这个寄存器)。
    好了,有这些概念打底,能够说fork了。当你的程序运行到以下的语句:pid=fork(); 

    操作系统创建一个新的进程(子进程),而且在进程表中对应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可运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,这个进程眼下运行到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相应表项内)。问题是怎么返回,在父子进程中就分道扬镳。

    (如果父进程一直占领CPU,实际情况非常可能不一样)父进程继续运行,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),所以以下的swtich语句中运行了default分支(case -1,case 0分支都不满足)。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,占领 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,尽管是同一个程序,可是这是同一个程序的另外一次运行,在操作系统中这次运行是由另外一个进程表示的,从运行的角度说和父进程相互独立)中pid=0。这个进程继续运行的过程中,switch语句中 case -1不满足,可是case 0是满足。所以输出I am the child process..

    程序的执行结果(先输出I am the parent process...,还是I am the parent process...)不可预见,与操作系统实际执行情况有关!

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