fork() 小记

fork

在 UNIX/Linux 中，fork() 用于创建当前进程的子进程

vfork() 在新建子进程后，将父进程阻塞

子进程

fork 出来的子进程，与父进程有着完全一致的变量值和程序计数器。

对于完全一致的变量值，需要指出的是，父进程和子进程拥有完全不同的内存空间；

对于完全一致的程序计数器，这意味着，在 fork 调用之前的父进程中的全部语句，子进程将不会执行

那么问题来了，对于产生子进程的那条 fork 语句，子进程将如何执行呢？

简单来说，子进程仍然会执行这条 fork 语句，但是并不产生新的进程（不妨使用「反证法」，如果继续产生新的子进程，那么这将是一个无限递归的过程，那么内存岂不是爆满了），只会拥有返回值。

返回值

对于一个父进程，fork 的返回值是创建的子进程的进程描述符(process identifier, PID)；

对于子进程，返回值是 0；

如果子进程创建失败（由于内存不足等原因），返回值-1。

实例演示

以一段 C 程序为例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    printf("hello world (pid:%d)\n", (int) getpid());
    int rc = fork(); // 返回值其实是 pid_t 类型
    if (rc < 0) { // fork failed
        fprintf(stderr, "fork failed\n");
    } else if (rc == 0) { // child process
        printf("hello, I am child (pid:%d) \n", (int) getpid());
    } else { // parent process
        printf("hello, I am parent of %d (pid:%d)\n", rc, (int) getpid());
    }
    return 0;
}

根据进程调度的不同，可能有以下两种输出结果：（当然 pid 也大概率不一致）

hello world (pid:285)
hello, I am parent of 286 (pid:285)
hello, I am child (pid:286)
// another possible result
hello world (pid:285)
hello, I am child (pid:286)
hello, I am parent of 286 (pid:285)

观察发现，hello world 只在父进程打印了，而没有在子进程中进行打印

例题

1. 在 UNIX 系统下执行以下程序，最多可再产生几个进程？

   main() {
       fork(); // PC is here
       fork();
       fork();
   }

   ANS: 7

2. 以下程序一种可能的输出（设最开始的进程的 PID 为 1000）

   #include "stdio.h"
   #include "sys/types.h"
   #include "unistd.h"
   int main() {
       pid_t pid1;
       pid_t pid2;
       pid1 = fork();
       pid2 = fork();
       printf("pid1:%d, pid2:%d\n", pid1, pid2);
   }
   
   // possible result
   pid1:1001, pid2:1002 (1000 进程的输出)
   pid1:0, pid2:1003    (1001 进程的输出)
   pid1:0, pid2:0		 (1003 进程的输出)
   pid1:1001, pid2:0    (1002 进程的输出)

   解析：画出树形图比较方便（Linux 中的进程也是按照树的结构组织的）
   此外注意，1003 进程的 pid1 为 0，1002 进程的 pid 为 1001，是从它们各自的父进程复制而来的

Ref:

1. Linux Programmer’s Manual: man fork man vfork
2. 【linux】linux中fork（）详解（实例讲解）|fork的运行机制_bandaoyu的博客-CSDN博客_linux fork