linux中fork()函数详解

http://blog.csdn.net/jason314/article/details/5640969

一、fork入门知识

一个进程，包括代码、数据和分配给进程的资源。fork（）函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事，但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。

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。

我们来看一个例子：

[cpp] view
plaincopy

/*

* fork_test.c

* version 1

* Created on: 2010-5-29

* Author: wangth

*/

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main ()

{

pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值

int count=0;

fpid=fork();

if (fpid < 0)

printf("error in fork!");

else if (fpid == 0) {

printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());

printf("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。

count++;

}

else {

printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());

printf("我是孩子他爹/n");

count++;

}

printf("统计结果是: %d/n",count);

return 0;

}

运行结果是：

i am the child process, my process id is 5574

我是爹的儿子

统计结果是: 1

i am the parent process, my process id is 5573

我是孩子他爹

统计结果是: 1

在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……

为什么两个进程的fpid不同呢，这与fork函数的特性有关。fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：

1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；

2）在子进程中，fork返回0；

3）如果出现错误，fork返回一个负值；

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同。“其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id, 因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.

fork出错可能有两种原因：

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。

创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。

每个进程都有一个独特（互不相同）的进程标识符（process ID），可以通过getpid（）函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid（）函数获得变量的值。

fork执行完毕后，出现两个进程，



有人说两个进程的内容完全一样啊，怎么打印的结果不一样啊，那是因为判断条件的原因，上面列举的只是进程的代码和指令，还有变量啊。

执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。

还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

二、fork进阶知识

先看一份代码：

[cpp] view
plaincopy

/*

* fork_test.c

* version 2

* Created on: 2010-5-29

* Author: wangth

*/

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int i=0;

printf("i son/pa ppid pid fpid/n");

//ppid指当前进程的父进程pid

//pid指当前进程的pid,

//fpid指fork返回给当前进程的值

for(i=0;i<2;i++){

pid_t fpid=fork();

if(fpid==0)

printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return 0;

}

运行结果是：

i son/pa ppid pid fpid

0 parent 2043 3224 3225

0 child 3224 3225 0

1 parent 2043 3224 3226

1 parent 3224 3225 3227

1 child 1 3227 0

1 child 1 3226 0

这份代码比较有意思，我们来认真分析一下：

第一步：在父进程中，指令执行到for循环中，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，分别是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程）。可以看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系：

p2043->p3224->p3225

第一次fork后，p3224（父进程）的变量为i=0，fpid=3225（fork函数在父进程中返向子进程id），代码内容为：

[c-sharp] view
plaincopy

for(i=0;i<2;i++){

pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=3225

if(fpid==0)

printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return 0;

p3225（子进程）的变量为i=0，fpid=0（fork函数在子进程中返回0），代码内容为：

[c-sharp] view
plaincopy

for(i=0;i<2;i++){

pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=0

if(fpid==0)

printf("%d child %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

else

printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);

}

return 0;

所以打印出结果：

0 parent 2043 3224 3225

0 child 3224 3225 0

第二步：假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时，i=1，接着执行fork，系统中又新增一个进程p3226，对于此时的父进程，p2043->p3224（当前进程）->p3226（被创建的子进程）。

对于子进程p3225，执行完第一次循环后，i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，对于此进程，p3224->p3225（当前进程）->p3227（被创建的子进程）。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。

所以打印出结果是：

1 parent 2043 3224 3226

1 parent 3224 3225 3227

第三步：第二步创建了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，因为这两个进程无法进入第三次循环，无法fork，该执行return 0;了，其他进程也是如此。

以下是p3226，p3227打印出的结果：

1 child 1 3227 0

1 child 1 3226 0

细心的读者可能注意到p3226，p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？这里得讲到进程的创建和死亡的过程，在p3224和p3225执行完第二个循环后，main函数就该退出了，也即进程该死亡了，因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操作系统是不被允许的，所以p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的，至于为什么，这里先不介绍，留到“三、fork高阶知识”讲。

总结一下，这个程序执行的流程如下：



这个程序最终产生了3个子进程，执行过6次printf（）函数。

我们再来看一份代码：

[cpp] view
plaincopy

/*

* fork_test.c

* version 3

* Created on: 2010-5-29

* Author: wangth

*/

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main(void)

{

int i=0;

for(i=0;i<3;i++){

pid_t fpid=fork();

if(fpid==0)

printf("son/n");

else

printf("father/n");

}

return 0;

}

它的执行结果是：

father

son

father

father

father

father

son

son

father

son

son

son

father

son

这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。

for i=0 1 2

father father father

son

son father

son

son father father

son

son father

son

其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。

总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。(感谢gao_jiawei网友指出的错误，原本我的结论是“执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N ”，这是错的)

网上有人说N次循环产生2*（1+2+4+……+2N）个进程，这个说法是不对的，希望大家需要注意。

数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（该博文的最后）。

同时，大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("+/n");来判断产生了几个进程。有人想通过调用printf("+");来统计创建了几个进程，这是不妥当的。具体原因我来分析。

老规矩，大家看一下下面的代码：

[cpp] view
plaincopy

/*

* fork_test.c

* version 4

* Created on: 2010-5-29

* Author: wangth

*/

#include <unistd.h>

#include <stdio.h>

int main() {

pid_t fpid;//fpid表示fork函数返回的值

//printf("fork!");

printf("fork!/n");

fpid = fork();

if (fpid < 0)

printf("error in fork!");

else if (fpid == 0)

printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid());

else

printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid());

return 0;

}

执行结果如下：

fork!

I am the parent process, my process id is 3361

I am the child process, my process id is 3362

如果把语句printf("fork!/n");注释掉，执行printf("fork!");

则新的程序的执行结果是：

fork!I am the parent process, my process id is 3298

fork!I am the child process, my process id is 3299

程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？

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("fork!")后,“fork!”仅仅被放到了缓冲里,程序运行到fork时缓冲里面的“fork!” 被子进程复制过去了。因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork! 。所以,你最终看到的会是fork! 被printf了2次！！！！

而运行printf("fork! /n")后,“fork!”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fork! 内容。因此你看到的结果会是fork! 被printf了1次！！！！

所以说printf("+");不能正确地反应进程的数量。

大家看了这么多可能有点疲倦吧，不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。

[cpp] view
plaincopy

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char* argv[])

{

fork();

fork() && fork() || fork();

fork();

return 0;

}

问题是不算main这个进程自身，程序到底创建了多少个进程。

为了解答这个问题，我们先做一下弊，先用程序验证一下，到此有多少个进程。

[c-sharp] view
plaincopy

#include <stdio.h>

int main(int argc, char* argv[])

{

fork();

fork() && fork() || fork();

fork();

printf("+/n");

}

答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。

我们再来仔细分析一下，为什么是还有19个进程。

第一个fork和最后一个fork肯定是会执行的。

主要在中间3个fork上，可以画一个图进行描述。

这里就需要注意&&和||运算符。

A&&B，如果A=0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就需要继续执行&&B。

A||B，如果A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，就需要继续执行||B。

fork()对于父进程和子进程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，可以得出5个分支。



加上前面的fork和最后的fork，总共4*5=20个进程，除去main主进程，就是19个进程了。

三、fork高阶知识

这一块我主要就fork函数讲一下操作系统进程的创建、死亡和调度等。因为时间和精力限制，我先写到这里，下次找个时间我争取把剩下的内容补齐。

参考资料：

http://blog.csdn.net/dog_in_yellow/archive/2008/01/13/2041079.aspx

http://blog.chinaunix.net/u1/53053/showart_425189.html

http://blog.csdn.net/saturnbj/archive/2009/06/19/4282639.aspx

http://www.cppblog.com/zhangxu/archive/2007/12/02/37640.html

http://www.qqread.com/linux/2010/03/y491043.html

http://www.yuanma.org/data/2009/1103/article_3998.htm

*******************************************************************************************************************************************************************************************

http://coolshell.cn/articles/7965.html

前两天有人问了个关于Unix的fork()系统调用的面试题，这个题正好是我大约十年前找工作时某公司问我的一个题，我觉得比较有趣，写篇文章与大家分享一下。这个题是这样的：

题目：请问下面的程序一共输出多少个“-”？

如果你对fork()的机制比较熟悉的话，这个题并不难，输出应该是6个“-”，但是，实际上这个程序会很tricky地输出8个“-”。

要讲清这个题，我们首先需要知道fork()系统调用的特性，

fork()系统调用是Unix下以自身进程创建子进程的系统调用，一次调用，两次返回，如果返回是0，则是子进程，如果返回值>0，则是父进程（返回值是子进程的pid），这是众为周知的。

还有一个很重要的东西是，在fork()的调用处，整个父进程空间会原模原样地复制到子进程中，包括指令，变量值，程序调用栈，环境变量，缓冲区，等等。

所以，上面的那个程序为什么会输入8个“-”，这是因为printf(“-”);语句有buffer，所以，对于上述程序，printf(“-”);把“-”放到了缓存中，并没有真正的输出（参看《C语言的迷题》中的第一题），在fork的时候，缓存被复制到了子进程空间，所以，就多了两个，就成了8个，而不是6个。

另外，多说一下，我们知道，Unix下的设备有“块设备”和“字符设备”的概念，所谓块设备，就是以一块一块的数据存取的设备，字符设备是一次存取一个字符的设备。磁盘、内存都是块设备，字符设备如键盘和串口。块设备一般都有缓存，而字符设备一般都没有缓存。

对于上面的问题，我们如果修改一下上面的printf的那条语句为：

或是

就没有问题了（就是6个“-”了），因为程序遇到“\n”，或是EOF，或是缓中区满，或是文件描述符关闭，或是主动flush，或是程序退出，就会把数据刷出缓冲区。需要注意的是，标准输出是行缓冲，所以遇到“\n”的时候会刷出缓冲区，但对于磁盘这个块设备来说，“\n”并不会引起缓冲区刷出的动作，那是全缓冲，你可以使用setvbuf来设置缓冲区大小，或是用fflush刷缓存。

我估计有些朋友可能对于fork()还不是很了解，那么我们把上面的程序改成下面这样：

于是，上面这段程序会输出下面的结果，（注：编译出的可执行的程序名为fork）

面对这样的图你可能还是看不懂，没事，我好事做到底，画个图给你看看：



注意：上图中的我用了几个色彩，相同颜色的是同一个进程。于是，我们的pstree的图示就可以成为下面这个样子：（下图中的颜色与上图对应）



这样，对于printf(“-”);这个语句，我们就可以很清楚的知道，哪个子进程复制了父进程标准输出缓中区里的的内容，而导致了多次输出了。（如下图所示，就是我阴影并双边框了那两个子进程）



现在你明白了吧。（另，对于图中的我本人拙劣的配色，请见谅!）

（全文完）

********************************************************************************************************************************************************************************
http://blog.sina.com.cn/s/blog_8dc64660010158r9.html

linux下监控进程是否挂掉的一种方法

有的服务器进程都要求持续无间断的工作，但是有时在高并发，长时间的压力下，服务器进程可能会出现一些意想不到的错误，例如常见的内存非法访问的错误，而导致程序直接挂掉。所以，有时候对进程进行实时监控，当发现进程挂掉时，立刻重新启动进程，也是一种可以救急的方式（当然这个只是一种临时救急，并不是根本解决方法）。

实现方式：

使用fork（）创建子进程，子进程用于执行具体功能，主进程只是用于监控子进程，当主进程检测到子进程挂掉后，可以实现立即重新启动子进程。

子进程结束，系统会向主进程发送信号：SIGCHLD，主进程可以通过捕捉该信号，从而检测子进程已经不存在，进而继续下一步操作。如果需要，主进程还可以获得子进程是为何退出的。

源代码例子：

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

void process_exit(int s)

{

exit(0);

}

void child_fun()

{

printf("child_fun. ppid %d\n",getppid());

char *st = NULL;

strcpy(st, "123");

}

void fork_child()

{

pid_t child_process;

int status;

int signal_num;

wait(&status);//等待子进程中断或终止，释放子进程资源，否则死掉的子进程会变成僵尸进程

//如果子进程是由于某种信号退出的，捕获该信号

if(WIFSIGNALED(status))

signal_num = WTERMSIG(status);

child_process = fork();

if(child_process == 0)

{

printf("fork new child process.\n");

child_fun();

}

}

int main()

{

pid_t child_process;

int i = 0;

while(1)

{

printf("fork new process.\n");

child_process = fork();

if(child_process > 0)

{

while(1)

{

//捕获子进程结束信号

signal(SIGCHLD, fork_child);

signal(SIGTERM, process_exit);

pause();//主进程休眠，当有信号到来时被唤醒。

}

}

else if(child_process == 0)

{

child_fun();

}

}

return 0;

}

僵尸进程的产生：

在fork()/execve()过程中，假设子进程结束时父进程仍存在，而父进程如果没有给子进程收尸，死掉的子进程就变成僵尸进程了。僵尸进程是非常特殊的一种，它已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间，它需要它的父进程来为它收尸。僵尸进程，无法正常结束，此时即使是root身份kill-9也不能杀死僵尸进程。补救办法是杀死僵尸进程的父进程(僵尸进程的父进程必然存在)，僵尸进程成为"孤儿进程"，过继给1号进程init，init始终会负责清理僵尸进程。

僵尸进程的危害：

Linux系统对运行的进程数量有限制，如果产生过多的僵尸进程占用了可用的进程号，将会导致新的进程无法生成。这就是僵尸进程对系统的最大危害。

父进程给子进程收尸的方法是：安装SIGCHLD信号处理函数调用wait或waitpid()等待子进程结束。

****************************************************************************************************************************************************************

http://blog.csdn.net/lubber__land/article/details/8890328

从lighttpd的源码里找到点启发，仿照lighttpd写了一个多进程监控的例子，一个父进程，n个子进程，如果子进程有异常退出的情况，父进程负责监控并重新fork一个子进程。

发SIGTERM信号给父进程，父进程和子进程必须都退出。

废话不说，代码如下：

[cpp]
view plaincopyprint?

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include<locale.h>

using namespace std;

static volatile
sig_atomic_t app_shutdown = 0;

static void signal_handler(int sig)

{
switch (sig)
{
case SIGTERM:
app_shutdown = 1;
break;
}
}

int main()
{
struct sigaction act;
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_handler = SIG_IGN;
sigaction(SIGPIPE, &act, NULL);
sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);
act.sa_handler = signal_handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGTERM, &act, NULL);

/* start watcher and workers */
int num_childs = 5;
if (num_childs > 0)
{
int child = 0;
while (!child && !app_shutdown)
{
if (num_childs > 0)
{
switch (fork())
{
case -1:
return -1;
case 0:
child = 1;
break;
default:
num_childs--;
break;
}
}
else
{
int status;
if (-1 != wait(&status))
{
/**
* one of our workers went away
*/
num_childs++;
}
}
}

/**
* for the parent this is the exit-point

*/
if (!child)
{
/**
* kill all children too
*/
if (app_shutdown)
{
kill(0, SIGTERM);
}

return 0;

}
}
/**
* children process
*/
while (!app_shutdown)
{
//do something
}

return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include<locale.h>

using namespace std;

static volatile sig_atomic_t app_shutdown = 0;

static void signal_handler(int sig)
{
switch (sig)
{
case SIGTERM:
app_shutdown = 1;
break;
}
}

int main()
{
struct sigaction act;
memset(&act, 0, sizeof(act));
act.sa_handler = SIG_IGN;
sigaction(SIGPIPE, &act, NULL);
sigaction(SIGUSR1, &act, NULL);
act.sa_handler = signal_handler;
sigemptyset(&act.sa_mask);
act.sa_flags = 0;
sigaction(SIGTERM, &act, NULL);

/* start watcher and workers */
int num_childs = 5;
if (num_childs > 0)
{
int child = 0;
while (!child && !app_shutdown)
{
if (num_childs > 0)
{
switch (fork())
{
case -1:
return -1;
case 0:
child = 1;
break;
default:
num_childs--;
break;
}
}
else
{
int status;
if (-1 != wait(&status))
{
/**
* one of our workers went away
*/
num_childs++;
}
}
}

/**
* for the parent this is the exit-point
*/
if (!child)
{
/**
* kill all children too
*/
if (app_shutdown)
{
kill(0, SIGTERM);
}

return 0;

}
}
/**
* children process
*/
while (!app_shutdown)
{
//do something
}

return 0;
}

退出流程：

如果发SIGTERM信号给父进程，kill -s SIGTERM parent_processid,
父进程的信号处理函数 signal_handler 将 父进程的静态变量app_shutdown 修改1

父进程跳出while循环后，走到 kill all children too 的处理流程，通过kill(0, SIGTERM); 给所有的子进程发SIGTERM信号

然后退出，

子进程的信号处理函数 signal_handler 将 子进程的静态变量app_shutdown 修改1

那么子进程跳出循环后，返回0，也就退出了

（父进程先退出，所以就没有处理僵尸进程的步骤了）

监控流程：

如果有一个子进程退出了，程序走到if (-1 != wait(&status))，那么num_childs++ 后，又会重新fork一个子进程

可以修改signal_handler 函数和增加静态变量，来控制不同信号产生的不同动作