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fork

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fork

前言

​ 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。

举例

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#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(){	
	pid_t child_pid;
	/*fork函数
	*作用：系统调用，产生一个子进程,调用一次返回两次
	*返回值：pid_t类型，在头文件中定义，通常为整形
	*	0	子进程返回
	*	ID	父进程返回的子进程ID
	*/
	child_pid=fork();
       
       if(child_pid < 0){
           printf("the failure\n");
           return 1;
       }
       
	if(child_pid==0){
		int i=0;
		for(;i<5;i++){
			printf("the child\n");
			sleep(1);
		}
	}
	else{
            printf("child's pid is %d",child_pid);
            int i=0;
 			for(;i<5;i++){
               printf("the father\n");
               sleep(1);
           }
	}
       printf("I'm over\n");
	return 0;
}

​ 那么调用这个fork函数时发生了什么呢？

​ fork函数启动一个新的进程，前面我们说过，这个进程几乎是当前进程的一个拷贝：子进程和父进程使用相同的代码段；子进程复制父进程的堆栈段和数据段。

​ 这样，父进程的所有数据都可以留给子进程，但是，子进程一旦开始运行，虽然它继承了父进程的一切数据，但实际上数据却已经分开，相互之间不再有影响了，也就是说，它们之间不再共享任何数据了。它们再要交互信息时，只有通过进程间通信来实现。

​ 既然它们如此相象，系统如何来区分它们呢？

​ 这是由函数的返回值来决定的。对于父进程，fork函数返回了子程序的进程号，而对于子程序，fork函数则返回零。在操作系统中，我们用ps就可以看到不同的进程号，对父进程而言，它的进程号是由比它更低层的系统调用赋予的，而对于子进程而言，它的进程号即是fork函数对父进程的返回值。在程序设计中，父进程和子进程都要调用函数fork（）下面的代码，而我们就是利用fork（）函数对父子进程的不同返回值用if…else…语句来实现让父子进程完成不同的功能。

​ 正如我们上面举的例子一样。我们看到，上面例子执行时两条信息是交互无规则的打印出来的，这是父子进程独立执行的结果，虽然我们的代码似乎和串行的代码没有什么区别。

细节

　　 如果一个大程序在运行中，它的数据段和堆栈都很大，一次fork就要复制一次，那么fork的系统开销不是很大吗？其实UNIX自有其解决的办法，大家知道，一般CPU都是以”页”为单位来分配内存空间的，每一个页都是实际物理内存的一个映像，象INTEL的CPU，其一页在通常情况下是4086字节大小，而无论是数据段还是堆栈段都是由许多”页”构成的，fork函数复制这两个段，只是”逻辑”上的，并非”物理”上的，也就是说，实际执行fork时，物理空间上两个进程的数据段和堆栈段都还是共享着的，当有一个进程写了某个数据时，这时两个进程之间的数据才有了区别，系统就将有区别的”页”从物理上也分开。系统在空间上的开销就可以达到最小。

wait and exit

定义函数wait()

​ pid_t wait (int * status);

  • wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。
  • 如果在调用 wait()时子进程已经结束,则 wait()会立即返回子进程结束状态值
  • 子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。
  • 如果不在意结束状态值,则参数status 可以设成 NULL。

UTOOLS1576735868543.png

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pid_t pid_1;
int status=0;
pid_1=wait(&status);

status的使用

定义函数exit()

exit() 结束当前进程/程序，在整个进程/程序中，只要调用 exit ，就结束。

void exit(int status)

传入的参数是程序退出时的状态码，0表示正常退出，其他表示非正常退出，一般都用-1或者1，标准C里有EXIT_SUCCESS和EXIT_FAILURE两个宏，用exit(EXIT_SUCCESS)可读性比较好一点。

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#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    pid_t pid_1,pid_2;
        
    pid_1 = fork();
    if (pid_1 < 0){
        printf("the failure\n");
        return 1;
    }
    if (pid_1 == 0){
    	printf("I am a child process i am going to sleep\n");
        sleep(5);
        printf("I am a child process and I exit normally\n");
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }else{
        int status;
        pid_2 = wait(&status);
        if (pid_2 < 0){
            printf("Something went wrong\n");
            return 1;
        }
        if (status = 0){
        	printf("I'm the father process and I know my child process %d exits\n",pid_2);
        }else{
            printf("I'm the father process and I know my child process %d exited abnormally\n",pid_2);
        }
    }
    return 0;
}