进程创建<fork函数>原理(使用代码实现)

1、在讲进程创建, 等待, 终止等原理以及代码实现之前,首先需要了解进程的几个状态
1. Linux进程状态:R run 运行状态 0 (TASK_RUNNING),可执行状态&运行状态(在run_queue队列里的状态)

2. Linux进程状态:S 浅度睡眠 1 系统默认sleep (TASK_INTERRUPTIBLE),可中断的睡眠状态, 可处理signal

3. Linux进程状态:D 深度睡眠 2 硬件交互I/O (TASK_UNINTERRUPTIBLE),不可中断的睡眠状态, 可处理signal,有延迟

4. Linux进程状态:T stop 状态 4 (TASK_STOPPED or TASK_TRACED),暂停状态或跟踪状态, 不可处理signal, 因为根本没有时间片运行代码

5. Linux进程状态:Z 僵死状态 16(TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE),退出状态,进程成为僵尸进程。不可被kill, 即不响应任务信号, 无法用SIGKILL杀死

6.  linux进程状态 : X 死亡状态: 32
2、其他进程知识
   1.一个进程,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。

   2.一个进程调用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。

进程创建

  • fork基础

    fork函数非常重要,是从已存在的进程中创建一个新进程,创健的新进程为子进程,原进程就称为父进程。

  • fork函数返回值

    子进程返回0;
    父进程返回的是子进程的PID。

举例说明:
/* 
 *  fork_test.c 
 *  Created on: 2017*12*31
 */  
#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("Child/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("Father/n");  
        count++;  
    }  
    printf("统计结果是: %d/n",count);  
    return 0;  
}
执行结果:
i am the child process, my process id is 5574
Child
统计结果是: 1
i am the parent process, my process id is 5573
Father
统计结果是: 1
分析:
   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)……
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:

创建过程描述

    1、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。
    2、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。
    3、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。

  • fork进阶
举例说明:
/* 
 *  fork_test.c 
 *  version 2 
 *  Created on: 2017*12*31
 */  
#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;  
} 
执行结果:
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:
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:

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。
总结一下,这个程序执行的流程如下:

这里写图片描述

 这个程序最终产生了3个子进程,执行过6次printf()函数。

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转载自blog.csdn.net/m0_37925202/article/details/78940376
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