Linux：创建进程 — fork，到底是什么？

本文介绍: 相信大家在初学进程时，对fork 函数创建进程一定会有很多的困惑，比如：1.fork做了什么事情??2.为什么 fork 函数会有两个返回值?3.为什么 fork的两个返回值，会给父进程谅回子进程 pid，给子进程返回0?4.fork之后:父子进程谁先运行??5.如何理解同一个变量，会有不同的值??本篇文章将来仔细回答一下这些问题。

相信大家在初学进程时，对fork 函数创建进程一定会有很多的困惑，比如：

1.fork做了什么事情??
2.为什么fork 函数会有两个返回值?
3.为什么fork的两个返回值，会给父进程谅回子进程pid，给子进程返回0?
4.fork之后:父子进程谁先运行??
5.如何理解同一个变量，会有不同的值??

本篇文章将来仔细回答一下这些问题。

1.如何 查看进程

1.1 进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

通过ls 指令来查看所有的进程，proc是动态目录结构，用来存放所有的进程，目录的名称就是用进程的id 命名的。

1.2 进程信息同样可以使用 ps(process status)工具来获取

进程id（PID）通过get pid 系统调用获得
父进程id（PPID）通过get p pid 系统调用获得

   #include&lt;stdio.h&gt;
   #include<sys/types.h&gt;
   #include<unistd.h&gt;
   int main()
   {
      while(1)
      {
          printf("I am a process! myid:%d parentid:%dn",getpid(),getppid())    ;
          sleep(1);
      }
      return 0;
  }

我们可以使用 shell再开一个窗口登录一次进行查看。

“aux” 是 “ps” 命令的选项之一，表示显示所有用户的所有进程，通过查询，可以看到你自己 ./ 启动的进程，最后一个进程是当前的grep的查找进程。

关于当前工作目录

我们在C语言学习文件操作是会提到当前目录，我们以 “w” 方式读取文件时，如果文件不存在，那么文件会在当前工作目录cwd下创建。那么一个进程是如何找到当前目录的呢？

我们让下面代码运行起来

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/types.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 int main()
  5 {
  6     //更改当前工作目录
  7     chdir("./wdz");//没有这个目录不会更改，我这里是创建好了这个目录                                                       
  8 
  9     // cwd/hello.txt  
 10     FILE* file = fopen("hello.txt","w");//文件不存在会在当前工作目录下创建
 11     if(file==NULL)
 12     {
 13         return 1;
 14     }
 15     fclose(file);
 16 
 17 
 18     while(1)
 19     {
 20         printf("I am a process! myid:%d parentid:%dn",getpid(),getppid());
 21         sleep(1);
 22     }
 23     return 0;
 24 }

这里通过修改当前目录已经对将文件创建在更改的目录下：

可以发现：

默认情况下，进程所处的目录就是当前工作目录

一个进程可以找到自己的可执行程序

每一个进程都有自己的工作目录

2. 通过系统 调用 创建进程-fork

2.1 初识fork

首先使用fork 创建一个进程

    #include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #include<sys/types.h>
   
   int main()
   {
       printf("我是一个父进程我的pid:%dn",getpid());
      
      //创建一个子进程！ 
      pid_t id = fork();
      
    //fork之前只有父进程会执行fork之前的代码，fork之后父子进程都要执行后面的代码
  
      while(1)
      {
          printf("我是一个进程,pid:%d,ppid%d,fork return:%dn",getpid(),getppid(),id);
            //这个printf函数在代码这里只调用一次，但在运行时调用了两次
          sleep(1);//for test
      }
      return 0;
  }

运行结果：

看到这里大家的疑惑就出来了

目前可以发现：只有父进程执行fork之前的代码，fork之后，父子进程都要执行后续的代码!

一个函数竟然会有两个返回值???fork成功的时候，会有两个不同的返回值,给子进程返回0;
给父进程返回子进程的pid

fork代码的一般写法:

1.我们为什么要创建子进程？

        我们想让子进程协作父进程完成一些工作，这些工作是单进程解决不了的

2.我们创建子进程是为了让子进程和父进程做一样的事情吗？？

        我们创建子进程，就是为了让子进程和父进程做不一样的事情，执行不一样的代码

3. 应该如何保证父子进程做不一样的事情呢?

        可以通过判断fork的返回值，判断谁是父，谁是子，然后让他们执行不同的代码片段!!

使用 if 对父子进程分流：

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

int main()
{
    printf("我是一个父进程我的pid:%dn",getpid());
    
    //创建一个子进程！ 
    //bash也是用C语言写的，命令行启动的进程，都是bash的子进程，所以bash源代码中创建子进程也是用的fork
    pid_t id = fork();  
    
    //fork()之后，用if进行分流    
    if(id<0) return 1; //进程创建失败                                                                                                          
    else if(id == 0)      
    {                  
        //子进程       
        while(1)       
        {              
            printf("我是子进程,pid:%d,ppid%d,ret:%d,正在执行下载n",getpid(),getppid(),id); 
            sleep(1);//for test      
        }              
    }                  
    else               
    {                  
        //父进程       
        while(1)       
        {              
            printf("我是父进程,pid:%d,ppid%d,ret:%d,正在执行播放任务n",getpid(),getppid(),id);   
            sleep(1);//for test    
        }
    }

    return 0;
}

执行结果

可以发现通过 if 对fork函数返回值进行判断，实现了父子进程可以执行不同的任务。

2.2 fork原理

对于上面的现象，我们来解答一下疑惑

1.fork做了什么事情??
2.为什么fork函数会有两个返回值?
3.为什么fork的两个返回值，会给父进程谅回子进程pid，给子进程返回0?
4.fork之后:父子进程谁先运行??
5.如何理解同一个变量，会有不同的值??

1. fork做了什么事情??

用于创建一个进程，在内核中操作系统重新为其申请了一个PCB，并使用父进程的PCB进行初始化，且子进程与父进程同时指向相同的代码。所以fork之前的代码子进程也是可以看到的。

那为什么子进程不从头开始执行呢?

因为有程序计数器 pc，会使代码一句一句执行，子进程在创建时和继承父进程的pc。所以说也会继续向下执行。

2.为什么fork函数会有两个返回值?

首先fork是一个函数，如果一个函数return时，说明一个函数的核心工作已经做完。我们知道fork之后代码会共享，所以是fork函数做完核心工作后就会共享，return也会父子进程共享，所以会有两个返回值。

3.为什么fork的两个返回值，会给父进程谅回子进程pid，给子进程返回0?

因为一个父进程可以有多个子进程，父进程信息中只有pid 和 ppid，为了唯一确定子进程，以后管理和控制子进程，所以返回子进程的pid，而子进程中由于有父进程ppid，所以返回0用来判断进程创建成功没有即可。

4.fork之后:父子进程谁先运行??

不确定。创建完成子进程，只是一个开始。创建完成子进程之后，系统的其他进程，父进程，和子进程，接下来要被调度执行的，当父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队的时候，哪一个进程的PCB先被选择调度，那个进程就先运行，由操作系统自主决定！！由各自PCB中的调度信息(时间片，优先级等)+调度器算法共同决定。

5.如何理解同一个变量，会有不同的值??

进程的独立性，首先是表现在有各自的PCB，进行之间不会互相影响！代码本身是只读的，不会影响！但是数据父子是会修改的，所以代码共享，但是数据各个进程必须想办法各自私有一份！！

这个怎么做到的？通过写时拷贝。这样做的好处就是不用将所有的数据都进行拷贝，当数据需要修改时才做拷贝，可以提高效率。