LInux系统编程【进程控制】（3）

09. 进程的创建（重点）

系统允许一个进程创建新进程，新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树结构模型。

#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。

示例代码:

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

//创建一个子进程
int main()
{
 
    //创建一个子进程
    fork();
    printf("hello 挨踢程序员\n");

    return 0;
}

从运行结果，我们可以看出，fork() 之后的打印函数打印了两次，而且打印了两个进程号，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。

内部结构：

10. 父子进程关系

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，从而使各个进程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，拷贝的地址不同。

注意：fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表，引用计数增加，共享文件文件偏移指针。

11. 区分父子进程

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。

测试程序1：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

//区分父子进程
int main()
{
 
   pid_t pid = -1;

   //创建一个子进程
   //fork函数在子进程中返回0，在父进程中返回子进程的pid
   pid = fork();
   if(0 == pid)
   {
   
       printf("子进程的 pid：%d ppid: %d\n",getpid(),getppid());
       exit(0);
   }
   else
   {
   
       printf("父进程的 ppid: %d pid: %d \n",getpid(),pid);
   }
   return 0;
}

测试程序2:

int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {   // 没有创建成功  
        perror("fork");
        return 0;
    }

    if (0 == pid)
    { // 子进程  
        while (1)
        {
            printf("I am son\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else if (pid > 0)
    { // 父进程  
        while (1)
        {
            printf("I am father\n");
            sleep(1);
        }
    }

    return 0;
}

运行结果:

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。

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。

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。