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关于fork()函数的精辟分析

(2009-10-28 19:45)
第一贴:cu上关于fork()函数的精辟分析 声明:在别人的博客上看到这篇文章,真的很精辟,把问题一下子讲清楚了。所以,特意转贴在此,向各位高人致敬,也向原贴主致谢!本人不改变原贴的风貌。       查看原文                                       
作者:ccf  发表于:2006-04-01 17:11:01
#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


chg.s 回复于:2004-04-27 21:09:30

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。因此该程序有两行输出。
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    (yanh_lzu:看了这两个错误的说法,相信大家都不会犯错误了。)

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)

albcamus 回复于:2005-03-08 15:56:11

>;>;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。

看过技术贴,再来看文档,就一下子理解了。  查看下文出处     第二贴:fork函数与vfork函数

一、fork
1. 调用方法
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
正确返回:在父进程中返回子进程的进程号,在子进程中返回0
错误返回:-1
      子进程是父进程的一个拷贝。即,子进程从父进程得到了数据段和堆栈段的拷贝,这些需要分配新的内存;而对于只读的代码段,通常使用共享内存的方式访问。fork返回后,子进程和父进程都从调用fork函数的下一条语句开始执行。
      父进程与子进程的不同之处在于:fork的返回值不同——父进程中的返回值为子进程的进程号,而子进程为0
2. fork函数调用的用途
⑴ 一个进程希望复制自身,从而父子进程能同时执行不同段的代码。
⑵ 进程想执行另外一个程序
二、vfork
1. 调用方法
与fork函数完全相同
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
正确返回:在父进程中返回子进程的进程号,在子进程中返回0
错误返回:-1
2. vfork函数调用的用途
        用vfork创建的进程主要目的是用exec函数执行另外的程序,与fork的第二个用途相同
三、fork与vfork的区别
1. fork要拷贝父进程的数据段;而vfork则不需要完全拷贝父进程的数据段,在子进程没有调用exec和exit之前,子进程与父进程共享数据段
2. fork不对父子进程的执行次序进行任何限制;而在vfork调用中,子进程先运行,父进程挂起,直到子进程调用了exec或exit之后,父子进程的执行次序才不再有限制
四、结束子进程
      结束子进程不用exit(0),而使用_exit(0)。这是因为_exit(0)在结束进程时,不对标准I/O流进行任何操作。而exit(0)则会关闭进程的所有标准I/O流。
人家说的理解了,自己来试试看:     下文出处      首先是:jiangdamalong    2006-05-27 17:17:30 在 Linux/Unix社区 / 程序开发区 提问 先看一个程序   
  main()   
   {   
       pid_t    pid;   
       if(pid=fork()<0)   
       {   
           printf("error!");   
       }   
       else   
       {   
             if(pid==0)   
             printf("a\n");   
             else   
             printf("b\n");   
       }   
   }   
   结果是返回a,b或者b,a   
   因为fork调用将执行两次返回分别从子进程和父进程返回   
   由于父进程和子进程无关,父进程与子进程都可能先返回   
    
   在看一个程序   
    
   main()   
   {   
       pid_t    a_pid,b_fork;   
       if(a_pid=fork()<0)   
       {   
           printf("error!");   
       }   
       else   
       {   
             if(a_pid==0)   
             printf("b\n");   
             else   
             printf("a\n");   
       }   
    
       if(b_pid=fork()<0)   
       {   
           printf("error!");   
       }   
       else   
       {   
             if(b_pid==0)   
             printf("c\n");   
             else   
             printf("a\n");   
       }   
   }   
    
   如果是创建两个进程则出现结果   
   b   
   c   
   a   
   a   
   c   
   a   
   为什么会返回6个字母???????????
    然后是 anguxiang 的回答:        事实上,理解fork()的关键在于它的返回点在哪里。fork最特殊的地方就在于他有两个甚至三个返回值,注意是同时返回两个值。其中pid=0的这个返回值用来执行子进程的代码,而大于0的一个返回值为父进程的代码块。第一次fork调用的时候生叉分为两个进程,不妨设为a父进程和b子进程。他们分别各自在第二次fork调用之前打印了b和a各一次;在第一次叉分的这两个进程中都含有   
   if(b_pid=fork()<0)   
   {   
   printf("error!");   
   }   
   else   
   {   
   if(b_pid==0)   
   printf("c\n");   
   else   
   printf("a\n");   
   }   
   }   
   这段代码。很明显,a父进程和b子进程在这段代码中又各自独立的被叉分为两个进程。这两个进程每个进程又都打印了a,c各一次。到此,在程序中总共打印三次a两次c和一次b。总共6个字母。   
   注:在第一次叉分为两个进程的时候父子进程含有完全相同的代码(第二次仍然相同),只是因为在父子进程中返回的PID的值不同,父进程代码中的PID的值大于0,子进程代码中的值等于0,从而通过if这样的分支选择语句来执行各自的任务。
   结束:向上面提到的高人们致敬!

http://blog.csdn.net/yanh_lzu/archive/2008/04/21/2311644.aspx

评 论
2楼 52RD网友 发表于 2009-11-5 11:06 回复
强!~!~
1楼 china_clear 发表于 2009-10-29 10:50 回复
学习了!
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