操作系統(tǒng)實驗過程詳細(xì)解析

Dufresne改變從現(xiàn)在開始！博客園閃存首頁新隨筆聯(lián)系管理訂閱隨筆-126

文章-0

評論-61

Linux中fork（）函數(shù)詳解linux中fork（）函數(shù)詳解（原創(chuàng)??！實例講解）

（轉(zhuǎn)載）

一、fork入門知識

一個進(jìn)程，包括代碼、數(shù)據(jù)和分配給進(jìn)程的資源。fork（）函數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個與原來進(jìn)程幾乎完全相同的進(jìn)程，也就是兩個進(jìn)程可以做完全相同的事，但如果初始參數(shù)或者傳入的變量不同，兩個進(jìn)程也可以做不同的事。

一個進(jìn)程調(diào)用fork（）函數(shù)后，系統(tǒng)先給新的進(jìn)程分配資源，例如存儲數(shù)據(jù)和代碼的空間。然后把原來的進(jìn)程的所有值都復(fù)制到新的新進(jìn)程中，只有少數(shù)值與原來的進(jìn)程的值不同。相當(dāng)于克隆了一個自己。

我們來看一個例子：

[cpp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy/*

*

fork_test.c

*

version

1

*

Created

on:

2010-5-29

*

Author:

wangth

*/

#include

<unistd.h>

#include

<stdio.h>

int

main

()

{

pid_t

fpid;

//fpid表示fork函數(shù)返回的值

int

count=0;

fpid=fork();

if

(fpid

<

0)

printf("error

in

fork!");

else

if

(fpid

==

0)

{

printf("i

am

the

child

process,

my

process

id

is

%d/n",getpid());

printf("我是爹的兒子/n");//對某些人來說中文看著更直白。

count++;

}

else

{

printf("i

am

the

parent

process,

my

process

id

is

%d/n",getpid());

printf("我是孩子他爹/n");

count++;

}

printf("統(tǒng)計結(jié)果是:

%d/n",count);

return

0;

}

運(yùn)行結(jié)果是：

iamthechildprocess,myprocessidis5574

我是爹的兒子

統(tǒng)計結(jié)果是:1

iamtheparentprocess,myprocessidis5573

我是孩子他爹

統(tǒng)計結(jié)果是:1

在語句fpid=fork()之前，只有一個進(jìn)程在執(zhí)行這段代碼，但在這條語句之后，就變成兩個進(jìn)程在執(zhí)行了，這兩個進(jìn)程的幾乎完全相同，將要執(zhí)行的下一條語句都是if(fpid<0)……

為什么兩個進(jìn)程的fpid不同呢，這與fork函數(shù)的特性有關(guān)。fork調(diào)用的一個奇妙之處就是它僅僅被調(diào)用一次，卻能夠返回兩次，它可能有三種不同的返回值：

1）在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID；

2）在子進(jìn)程中，fork返回0；

3）如果出現(xiàn)錯誤，fork返回一個負(fù)值；

在fork函數(shù)執(zhí)行完畢后，如果創(chuàng)建新進(jìn)程成功，則出現(xiàn)兩個進(jìn)程，一個是子進(jìn)程，一個是父進(jìn)程。在子進(jìn)程中，fork函數(shù)返回0，在父進(jìn)程中，fork返回新創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程ID。我們可以通過fork返回的值來判斷當(dāng)前進(jìn)程是子進(jìn)程還是父進(jìn)程。

引用一位網(wǎng)友的話來解釋fpid的值為什么在父子進(jìn)程中不同?！捌鋵嵕拖喈?dāng)于鏈表，進(jìn)程形成了鏈表，父進(jìn)程的fpid(p意味point)指向子進(jìn)程的進(jìn)程id,因為子進(jìn)程沒有子進(jìn)程，所以其fpid為0.

fork出錯可能有兩種原因：

1）當(dāng)前的進(jìn)程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了系統(tǒng)規(guī)定的上限，這時errno的值被設(shè)置為EAGAIN。

2）系統(tǒng)內(nèi)存不足，這時errno的值被設(shè)置為ENOMEM。

創(chuàng)建新進(jìn)程成功后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個基本完全相同的進(jìn)程，這兩個進(jìn)程執(zhí)行沒有固定的先后順序，哪個進(jìn)程先執(zhí)行要看系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度策略。

每個進(jìn)程都有一個獨(dú)特（互不相同）的進(jìn)程標(biāo)識符（processID），可以通過getpid（）函數(shù)獲得，還有一個記錄父進(jìn)程pid的變量，可以通過getppid（）函數(shù)獲得變量的值。

fork執(zhí)行完畢后，出現(xiàn)兩個進(jìn)程，

有人說兩個進(jìn)程的內(nèi)容完全一樣啊，怎么打印的結(jié)果不一樣啊，那是因為判斷條件的原因，上面列舉的只是進(jìn)程的代碼和指令，還有變量啊。

執(zhí)行完fork后，進(jìn)程1的變量為count=0，fpid！=0（父進(jìn)程）。進(jìn)程2的變量為count=0，fpid=0（子進(jìn)程），這兩個進(jìn)程的變量都是獨(dú)立的，存在不同的地址中，不是共用的，這點(diǎn)要注意?？梢哉f，我們就是通過fpid來識別和操作父子進(jìn)程的。

還有人可能疑惑為什么不是從#include處開始復(fù)制代碼的，這是因為fork是把進(jìn)程當(dāng)前的情況拷貝一份，執(zhí)行fork時，進(jìn)程已經(jīng)執(zhí)行完了intcount=0;fork只拷貝下一個要執(zhí)行的代碼到新的進(jìn)程。

二、fork進(jìn)階知識

先看一份代碼：

[cpp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy/*

*

fork_test.c

*

version

2

*

Created

on:

2010-5-29

*

Author:

wangth

*/

#include

<unistd.h>

#include

<stdio.h>

int

main(void)

{

int

i=0;

printf("i

son/pa

ppid

pid

fpid/n");

//ppid指當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程pid

//pid指當(dāng)前進(jìn)程的pid,

//fpid指fork返回給當(dāng)前進(jìn)程的值

for(i=0;i<2;i++){

pid_t

fpid=fork();

if(fpid==0)

printf("%d

child

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d

parent

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return

0;

}

運(yùn)行結(jié)果是：

ison/pappidpid

fpid

0parent204332243225

0child

32243225

0

1parent204332243226

1parent322432253227

1child

13227

0

1child

13226

0

這份代碼比較有意思，我們來認(rèn)真分析一下：

第一步：在父進(jìn)程中，指令執(zhí)行到for循環(huán)中，i=0，接著執(zhí)行fork，fork執(zhí)行完后，系統(tǒng)中出現(xiàn)兩個進(jìn)程，分別是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示進(jìn)程id為xxxx的進(jìn)程）?？梢钥吹礁高M(jìn)程p3224的父進(jìn)程是p2043，子進(jìn)程p3225的父進(jìn)程正好是p3224。我們用一個鏈表來表示這個關(guān)系：

p2043->p3224->p3225

第一次fork后，p3224（父進(jìn)程）的變量為i=0，fpid=3225（fork函數(shù)在父進(jìn)程中返向子進(jìn)程id），代碼內(nèi)容為：

[c-sharp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copyfor(i=0;i<2;i++){

pid_t

fpid=fork();//執(zhí)行完畢，i=0，fpid=3225

if(fpid==0)

printf("%d

child

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d

parent

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return

0;

p3225（子進(jìn)程）的變量為i=0，fpid=0（fork函數(shù)在子進(jìn)程中返回0），代碼內(nèi)容為：[c-sharp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copyfor(i=0;i<2;i++){

pid_t

fpid=fork();//執(zhí)行完畢，i=0，fpid=0

if(fpid==0)

printf("%d

child

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d

parent

%4d

%4d

%4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return

0;

所以打印出結(jié)果：

0

parent204332243225

0child

32243225

0

第二步：假設(shè)父進(jìn)程p3224先執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)入下一個循環(huán)時，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中又新增一個進(jìn)程p3226，對于此時的父進(jìn)程，p2043->p3224（當(dāng)前進(jìn)程）->p3226（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。

對于子進(jìn)程p3225，執(zhí)行完第一次循環(huán)后，i=1，接著執(zhí)行fork，系統(tǒng)中新增一個進(jìn)程p3227，對于此進(jìn)程，p3224->p3225（當(dāng)前進(jìn)程）->p3227（被創(chuàng)建的子進(jìn)程）。從輸出可以看到p3225原來是p3224的子進(jìn)程，現(xiàn)在變成p3227的父進(jìn)程。父子是相對的，這個大家應(yīng)該容易理解。只要當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了fork，該進(jìn)程就變成了父進(jìn)程了，就打印出了parent。

所以打印出結(jié)果是：

1parent204332243226

1parent322432253227

第三步：第二步創(chuàng)建了兩個進(jìn)程p3226，p3227，這兩個進(jìn)程執(zhí)行完printf函數(shù)后就結(jié)束了，因為這兩個進(jìn)程無法進(jìn)入第三次循環(huán)，無法fork，該執(zhí)行return0;了，其他進(jìn)程也是如此。

以下是p3226，p3227打印出的結(jié)果：

1child

13227

0

1child

13226

0

細(xì)心的讀者可能注意到p3226，p3227的父進(jìn)程難道不該是p3224和p3225嗎，怎么會是1呢？這里得講到進(jìn)程的創(chuàng)建和死亡的過程，在p3224和p3225執(zhí)行完第二個循環(huán)后，main函數(shù)就該退出了，也即進(jìn)程該死亡了，因為它已經(jīng)做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就沒有父進(jìn)程了，這在操作系統(tǒng)是不被允許的，所以p3226，p3227的父進(jìn)程就被置為p1了，p1是永遠(yuǎn)不會死亡的，至于為什么，這里先不介紹，留到“三、fork高階知識”講。

總結(jié)一下，這個程序執(zhí)行的流程如下：

這個程序最終產(chǎn)生了3個子進(jìn)程，執(zhí)行過6次printf（）函數(shù)。

我們再來看一份代碼：

[cpp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy/*

*

fork_test.c

*

version

3

*

Created

on:

2010-5-29

*

Author:

wangth

*/

#include

<unistd.h>

#include

<stdio.h>

int

main(void)

{

int

i=0;

for(i=0;i<3;i++){

pid_t

fpid=fork();

if(fpid==0)

printf("son/n");

else

printf("father/n");

}

return

0;

}

它的執(zhí)行結(jié)果是：

father

son

father

father

father

father

son

son

father

son

son

son

father

son

這里就不做詳細(xì)解釋了，只做一個大概的分析。

for

i=0

1

2

father

father

father

son

son

father

son

son

father

father

son

son

father

son

其中每一行分別代表一個進(jìn)程的運(yùn)行打印結(jié)果。

總結(jié)一下規(guī)律，對于這種N次循環(huán)的情況，執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N-1）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N-1個。(感謝gao_jiawei網(wǎng)友指出的錯誤，原本我的結(jié)論是“執(zhí)行printf函數(shù)的次數(shù)為2*（1+2+4+……+2N）次，創(chuàng)建的子進(jìn)程數(shù)為1+2+4+……+2N

”，這是錯的)

網(wǎng)上有人說N次循環(huán)產(chǎn)生2*（1+2+4+……+2N）個進(jìn)程，這個說法是不對的，希望大家需要注意。

數(shù)學(xué)推理見3/wordpress/?p=81（該博文的最后）。

同時，大家如果想測一下一個程序中到底創(chuàng)建了幾個子進(jìn)程，最好的方法就是調(diào)用printf函數(shù)打印該進(jìn)程的pid，也即調(diào)用printf("%d/n",getpid());或者通過printf("+/n");來判斷產(chǎn)生了幾個進(jìn)程。有人想通過調(diào)用printf("+");來統(tǒng)計創(chuàng)建了幾個進(jìn)程，這是不妥當(dāng)?shù)?。具體原因我來分析。

老規(guī)矩，大家看一下下面的代碼：

[cpp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy/*

*

fork_test.c

*

version

4

*

Created

on:

2010-5-29

*

Author:

wangth

*/

#include

<unistd.h>

#include

<stdio.h>

int

main()

{

pid_t

fpid;//fpid表示fork函數(shù)返回的值

//printf("fork!");

printf("fork!/n");

fpid

=

fork();

if

(fpid

<

0)

printf("error

in

fork!");

else

if

(fpid

==

0)

printf("I

am

the

child

process,

my

process

id

is

%d/n",

getpid());

else

printf("I

am

the

parent

process,

my

process

id

is

%d/n",

getpid());

return

0;

}

執(zhí)行結(jié)果如下：

fork!

Iamtheparentprocess,myprocessidis3361

Iamthechildprocess,myprocessidis3362

如果把語句printf("fork!/n");注釋掉，執(zhí)行printf("fork!");

則新的程序的執(zhí)行結(jié)果是：

fork!Iamtheparentprocess,myprocessidis3298

fork!Iamthechildprocess,myprocessidis3299

程序的唯一的區(qū)別就在于一個/n回車符號，為什么結(jié)果會相差這么大呢？

這就跟printf的緩沖機(jī)制有關(guān)了，printf某些內(nèi)容時，操作系統(tǒng)僅僅是把該內(nèi)容放到了stdout的緩沖隊列里了,并沒有實際的寫到屏幕上。但是,只要看到有/n則會立即刷新stdout,因此就馬上能夠打印了。

運(yùn)行了printf("fork!")后,“fork!”僅僅被放到了緩沖里,程序運(yùn)行到fork時緩沖里面的“fork!”

被子進(jìn)程復(fù)制過去了。因此在子進(jìn)程度stdout緩沖里面就也有了fork!。所以,你最終看到的會是fork!

被printf了2次?。。?！

而運(yùn)行printf("fork!/n")后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子進(jìn)程里的stdout緩沖里不會有fork!內(nèi)容。因此你看到的結(jié)果會是fork!被printf了1次?。。?！

所以說printf("+");不能正確地反應(yīng)進(jìn)程的數(shù)量。

大家看了這么多可能有點(diǎn)疲倦吧，不過我還得貼最后一份代碼來進(jìn)一步分析fork函數(shù)。[cpp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy#include

<stdio.h>

#include

<unistd.h>

int

main(int

argc,

char*

argv[])

{

fork();

fork()

&&

fork()

||

fork();

fork();

return

0;

}

問題是不算main這個進(jìn)程自身，程序到底創(chuàng)建了多少個進(jìn)程。

為了解答這個問題，我們先做一下弊，先用程序驗證一下，到此有多少個進(jìn)程。[c-sharp]

\o"viewplain"viewplain\o"copy"copy#include

<stdio.h>

int

main(int

argc,

char*

argv[])

{

fork();

fork()

&&

fork()

||

fork();

fork();

printf("+/n");

}

答案是總共20個進(jìn)程，除去main進(jìn)程，還有19個進(jìn)程。

我們再來仔細(xì)分析一下，為什么是還有19個進(jìn)程。

第一個fork和最后一個fork肯定是會執(zhí)行的。

主要在中間3個fork上，可以畫一個圖進(jìn)行描述。

這里就需要注意&&和||運(yùn)算符。

A&&B，如果A=0，就沒有必要繼續(xù)執(zhí)行&&B了；A非0，就需要繼續(xù)執(zhí)行&&B。

A||B，如果A非0，就沒有必要繼續(xù)執(zhí)行||B了，A=0，就需要繼續(xù)執(zhí)行||B。

fork()對于父進(jìn)程和子進(jìn)程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支進(jìn)行畫圖，可以得出5個分支。

加上前面的fork和最后的fork，總共4*5=20個進(jìn)程，除去main主進(jìn)程，就是19個進(jìn)程了。三、fork高階知識

這一塊我主要就fork函數(shù)講一下操作系統(tǒng)進(jìn)程的創(chuàng)建、死亡和調(diào)度等。因為時間和精力限制，我先寫到這里，下次找個時間我爭取把剩下的內(nèi)容補(bǔ)齊。

原文地址：/jason314/article/details/5640969分類:Android,Linux,系統(tǒng)標(biāo)簽:Linuxforkprocess綠色通道：好文要頂關(guān)注我收藏該文與我聯(lián)系Dufresne

關(guān)注-13

粉絲-173+加關(guān)注90(請您對文章做出評價)?上一篇：\o"發(fā)布于2012-08-2816:18"Android系統(tǒng)啟動過程

?下一篇：\o"發(fā)布于2012-09-0110:41"Win7與Ubuntu雙系統(tǒng)時卸載Ubuntu的方法posted@2012-08-3110:00Dufresne閱讀(26048)評論(4)編輯收藏評論

#1樓2014-03-3018:39|小趙同學(xué)\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

啊，幾個fork在一起我就暈了，一個套一個的。支持(0)反對(0)

#2樓2014-04-1414:59|huangzh198\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

我怎么都想不懂，既然fork復(fù)制的是父進(jìn)程的，那按照匯編代碼的角度來看，我第一次fork之后，執(zhí)行的是后面的，

那打印出來的i應(yīng)該是

01

1

01

1

這樣的組合，而不是先打印兩次0，之后再打印各自的1兩次*2支持(1)反對(0)

#3樓2014-10-0615:57|小昌昌\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

最后一道題目，按照你圖里面的分析，一個fork_1就同時創(chuàng)建了兩個子進(jìn)程，process_gen2_1和process_gen2_2,這怎么解釋??？支持(0)反對(0)

#4樓2014-10-2020:08|smileshitou\o"發(fā)送站內(nèi)短消息"

你代碼中的回車符錯了吧?應(yīng)該為\n支持(0)反對(0)刷新評論刷新頁面返回頂部注冊用戶登錄后才能發(fā)表評論，請登錄或注冊，訪問網(wǎng)站首頁?！久赓M(fèi)課程】分享：Fiddler工具使用

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