linux系统编程之进程（二）：fork函数相关总结

fork的作用是根据一个现有的进程复制出一个新进程，原来的进程称为父进程（Parent Process），新进程称为子进程（Child Process）。系统中同时运行着很多进程，这些进程都是从最初只有一个进程开始一个一个复制出来的。在Shell下输入命令可以运行一个程序，是因为Shell进程在读取用户输入的命令之后会调用fork复制出一个新的Shell进程，然后新的Shell进程调用exec执行新的程序。

我们知道一个程序可以多次加载到内存，成为同时运行的多个进程，例如可以同时开多个终端窗口运行/bin/bash，另一方面，一个进程在调用exec前后也可以分别执行两个不同的程序，例如在Shell提示符下输入命令ls，首先fork创建子进程，这时子进程仍在执行/bin/bash程序，然后子进程调用exec执行新的程序/bin/ls，如下图所示。



一、fork系统调用

包含头文件 <sys/types.h> 和 <unistd.h>

函数功能:创建一个子进程

函数原型

         pid_t  fork(void);

参数：无参数。

返回值:

如果成功创建一个子进程，对于父进程来说返回子进程ID

如果成功创建一个子进程，对于子进程来说返回值为0

如果为-1表示创建失败



（1）、fork出的子进程继承了父进程下面这些属性：

uid,gid,euid,egid
附加组id(sgid,supplementary group id) //sgid引入原因是有时候希望这个用户属于多个其他部门，这些其他部门的gid就是sgid
进程组id,会话id
SUID标记和SGID标记
控制终端
当前工作目录/根目录
文件创建时的umask
文件描述符的文件标志(close-on-exec)
信号屏蔽和处理
存储映射
资源限制

（2）、下面是不同的部分：
pid不同
进程时间被清空
文件锁没有继承
未处理信号被清空
（3）、fork系统调用需要注意的地方

fork系统调用之后，父子进程将交替执行。

如果父进程先退出，子进程还没退出那么子进程的父进程将变为init进程。（注：任何一个进程都必须有父进程）

如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就成为僵进程。

子进程退出会发送SIGCHLD信号给父进程，可以选择忽略或使用信号处理函数接收处理就可以避免僵尸进程。

（4）、写时复制 copy on write

如果多个进程要读取它们自己的那部分资源的副本，那么复制是不必要的。

每个进程只要保存一个指向这个资源的指针就可以了。

如果一个进程要修改自己的那份资源的“副本”，那么就会复制那份资源。这就是写时复制的含义

例如fork就是基于写时复制，只读代码段是可以共享的。

若使用vfork 则子进程和父进程占用同一个内存映像，在子进程修改会影响父进程。 同时只有在子进程执行exec/exit之后才会运行父进程。实际上子进程占用的栈空间就是父进程的栈空间，所以需要非常小心。如果vfork的子进程并没有 exec或者是exit的话，那么子进程就会执行直到程序退出之后，父进程才开始执行。而这个时候父进程的内存已经完全被写坏。

（5）、fork之后父子进程共享文件



子进程继承了父进程打开的文件描述符，故每个打开文件的引用计数为2。

示例程序：

 C++ Code 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59

/*************************************************************************     > File Name: process_fork.c     > Author: Simba     > Mail: dameng34@163.com     > Created Time: Sat 23 Feb 2013 02:34:02 PM CST  ************************************************************************/ /* 如果父进程先退出，子进程还没退出那么子进程的父进程将变为init进程。（注：任何一个进程都必须有父进程）  * 如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，  * 否则这个时候子进程就成为僵进程。  */ #include<sys/types.h> #include<sys/stat.h> #include<unistd.h> #include<fcntl.h> #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<errno.h> #include<string.h> #include<signal.h> #define ERR_EXIT(m) \     do { \         perror(m); \         exit(EXIT_FAILURE); \     } while(0) int main(int argc, char *argv[]) {     signal(SIGCHLD, SIG_IGN); // 避免产生僵尸进程，忽略SIGCHLD信号     printf("before fork pid=%d\n", getpid());     int fd;     fd = open("test.txt", O_WRONLY);     if (fd == -1)         ERR_EXIT("open error");     pid_t pid;     pid = fork(); // 写时复制copy on write，只读代码段可以共享     /* 若使用vfork()则在还没调用exec之前，父子进程是共享同一个地址空间，      * 不像fork()一样会进行拷贝 */     if (pid == -1)         ERR_EXIT("fork error");     if (pid > 0)     {         printf("this is parent\n");         printf("parent pid=%d child pid=%d\n", getpid(), pid);         write(fd, "parent", 6); // 父子进程共享一个文件表         sleep(10);     }     else if (pid == 0)     {         printf("this is child\n");         printf("child pid=%d parent pid=%d\n", getpid(), getppid());         write(fd, "child", 5);     }     return 0; }

测试输出如下：

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/process$ ./process_fork 

before fork pid=2572

this is parent

parent pid=2572 child pid=2573

this is child

child pid=2573 parent pid=2572

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/process$ cat test.txt 

parentchild

simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/APUE/process$ 

可以看到因为共享一个文件表，故文件偏移也共享，父子进程打印进test.txt文件的内容是紧随的而不是从头开始的。

参考：《APUE》