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fork的精辟剖析

Posted on 2009-04-15 23:01 Prayer 阅读(221) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: LINUX/UNIX/AIX
论坛上高手对fork的精辟剖析。
程序如下:
#include ; 
#include ; 
main () 

   pid_t pid; 
        pid=fork(); 
        if (pid                 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
高手一:
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。
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。 
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。 
如果需要父子进程协同,可以通过原语的办法解决。
高手二:
进程的创建: 
创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用fork函数就可以了. 
#include  
pid_t fork();
当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象父进程克隆(clone)自己一样.当然创建两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪fork的返回值. 当fork掉用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork返回-1,否则fork的返回值有重要的作用.对于父进程fork返回子进程的 ID,而对于fork子进程返回0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经说过了Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时进程为了早一点完成任务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞,直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用. 
   总结一下有三:
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,fork之后父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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