fork()函数详解

 1、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（）函数经过系统调用建立一个与原来进程几乎彻底相同的进程，也就是两个进程能够作彻底相同的事，但若是初始参数或者传入的变量不一样，两个进程也能够作不一样的事。
    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。而后把原来的进程的全部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一样。至关于克隆了一个本身。

     咱们来看一个例子：

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()以前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句以后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎彻底相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……
    为何两个进程的fpid不一样呢，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，却可以返回两次，它可能有三种不一样的返回值：
    1）在父进程中，fork返回新建立子进程的进程ID；
    2）在子进程中，fork返回0；
    3）若是出现错误，fork返回一个负值；

    在fork函数执行完毕后，若是建立新进程成功，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返回新建立子进程的进程ID。咱们能够经过fork返回的值来判断当前进程是子进程仍是父进程。

    引用一位网友的话来解释fpid的值为何在父子进程中不一样。“其实就至关于链表，进程造成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id, 由于子进程没有子进程，因此其fpid为0.
    fork出错可能有两种缘由：
    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。
    建立新进程成功后，系统中出现两个基本彻底相同的进程，这两个进程执行没有固定的前后顺序，哪一个进程先执行要看系统的进程调度策略。
    每一个进程都有一个独特（互不相同）的进程标识符（process ID），能够经过getpid（）函数得到，还有一个记录父进程pid的变量，能够经过getppid（）函数得到变量的值。
    fork执行完毕后，出现两个进程，

有人说两个进程的内容彻底同样啊，怎么打印的结果不同啊，那是由于判断条件的缘由，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，存在不一样的地址中，不是共用的，这点要注意。能够说，咱们就是经过fpid来识别和操做父子进程的。
    还有人可能疑惑为何不是从#include处开始复制代码的，这是由于fork是把进程当前的状况拷贝一份，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。

2、fork进阶知识

 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，咱们来认真分析一下：
    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）。能够看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。咱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：

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（被建立的子进程）。
    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（被建立的子进程）。从输出能够看到p3225原来是p3224的子进程，如今变成p3227的父进程。父子是相对的，这个你们应该容易理解。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。
    因此打印出结果是：
    1 parent 2043 3224 3226
    1 parent 3224 3225 3227 
    第三步：第二步建立了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，由于这两个进程没法进入第三次循环，没法fork，该执行return 0;了，其余进程也是如此。
    如下是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的父进程难道不应是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？这里得讲到进程的建立和死亡的过程，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，由于它已经作完全部事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操做系统是不被容许的，因此p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的，至于为何，这里先不介绍，留到“3、fork高阶知识”讲。
    总结一下，这个程序执行的流程以下：

它的执行结果是：
    father
    son
    father
    father
    father
    father
    son
    son
    father
    son
    son
    son
    father
    son 
    这里就不作详细解释了，只作一个大概的分析。
    for        i=0         1           2
              father     father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
               son       father     father
                                        son
                            son       father
                                        son
    其中每一行分别表明一个进程的运行打印结果。
    总结一下规律，对于这种N次循环的状况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2^N-1）次，建立的子进程数为1+2+4+……+2^N-1个。(感谢gao_jiawei网友指出的错误，本来个人结论是“执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2^N）次，建立的子进程数为1+2+4+……+2^N ”，这是错的)
    网上有人说N次循环产生2*（1+2+4+……+2^N）个进程，这个说法是不对的，但愿你们须要注意。

    数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p=81（该博文的最后）。
    同时，你们若是想测一下一个程序中到底建立了几个子进程，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());或者经过printf("+/n");来判断产生了几个进程。有人想经过调用printf("+");来统计建立了几个进程，这是不稳当的。具体缘由我来分析。

执行结果以下：
    fork!
    I am the parent process, my process id is 3361
    I am the child process, my process id is 3362 
    若是把语句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 
    程序的惟一的区别就在于一个/n回车符号，为何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，操做系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并无实际的写到屏幕上。可是,只要看到有/n 则会当即刷新stdout,所以就立刻可以打印了。
    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。所以在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork! 。因此,你最终看到的会是fork!  被printf了2次！！！！
    而运行printf("fork! /n")后,“fork!”被当即打印到了屏幕上,以后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork! 内容。所以你看到的结果会是fork! 被printf了1次！！！！
    因此说printf("+");不能正确地反应进程的数量。
    你们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。

    答案是总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。
    咱们再来仔细分析一下，为何是还有19个进程。
    第一个fork和最后一个fork确定是会执行的。
    主要在中间3个fork上，能够画一个图进行描述。
    这里就须要注意&&和||运算符。
    A&&B，若是A=0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就须要继续执行&&B。
    A||B，若是A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，就须要继续执行||B。
    fork()对于父进程和子进程的返回值是不一样的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，能够得出5个分支。