【Linux系统编程】fork()函数详解
01. 进程创建函数
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
功能：
用于从一个已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，原进程称为父进程。
参数：
无
返回值：
成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID。pid_t，为无符号整型。
失败：返回-1。
失败的两个主要原因是：
1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。
2）系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。
测试代码:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
//创建一个子进程
fork();
printf("hello world\n");
return 0;
}
测试结果:
从运行结果，我们可以看出，fork() 之后的打印函数打印了两次，这说明，fork() 之后确实创建了一个新的进程，新进程为子进程，原来的进程为父进程。
02. 父子进程结构
使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品，它从父进程处继承了整个进程的地址空间：包括进程上下文（进程执行活动全过程的静态描述）、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。子进程所独有的只有它的进程号，计时器等（只有小量信息）。因此，使用 fork() 函数的代价是很大的。
简单来说， 一个进程调用 fork() 函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。
实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同一个地址空间。只用在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享。
子进程是父进程的一个复制品，可以简单认为父子进程的代码一样的。那大家想过没有，这样的话，父进程做了什么事情，子进程也做什么事情（如上面的例子），是不是不能实现满足我们实现多任务的要求呀，那我们是不是要想个办法区别父子进程呀，这就通过 fork() 的返回值。
fork() 函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是：子进程的返回值是 0，而父进程的返回值则是新子进程的进程 ID。
测试代码:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int i = 0;
pid_t pid = -1;
//创建子进程
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork");
goto err0;
}
//子进程
if (0 == pid)
{
while(1)
{
printf("child process i = %d\n", i);
i++;
sleep(1);
if (10 == i)
break;
}
printf("child process exit..\n");
exit(0);
}
//父进程
printf("parent process....\n");
while(1)
{
printf("parent do thing\n");
sleep(1);
}
return 0;
err0:
return 1;
}
通过运行结果，可以看到，父子进程各做一件事（各自打印一句话）。这里，我们只是看到只有一份代码，实际上，fork() 以后，有两个地址空间在独立运行着，有点类似于有两个独立的程序（父子进程）在运行着。需要注意的是，在子进程的地址空间里，子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。
一般来说，在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。
03. 父子进程地址空间
为验证父子进程各自的地址空间是独立的 ，代码如下:
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
//父子进程之间数据段不是共享
int val = 88;
pid_t pid = -1;
//创建子进程
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork");
goto err0;
}
//子进程
if (0 == pid)
{
val++;
printf("child &val = %p val = %d\n", &val, val);
exit(0);
}
printf("parent &val = %p val = %d\n", &val, val);
return 0;
err0:
return 1;
}
测试结果如下：
子进程修改了val的值，对父进程没有影响。
