P10 Linux进程编程 fork创建子进程

前言

01 fork()创建子进程

示例 1使用 fork()创建子进程。

02 fork创建新进程时发生了什么事？

2.1 父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表

前言

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🌺本篇简介 : 上一章我们讲了Linux进程的概念以及获取进程ID号和获取父进程的ID

这一章我们引进新的概念，父子进程

Linux 是一个多用户多任务的操作系统，每个用户可以同时运行多个程序

进程是程序运行的主体，包括进程的创建，调度和消亡的整个过程

当用户执行一个指令或者启动一个程序时，就创建了一个进程

一个运行的程序也可能有多个进程。

每个进程将被分配各种资源

01 fork()创建子进程

一个现有的进程可以调用 fork()函数创建一个新的进程，

调用 fork()函数的进程称为父进程，

由 fork()函数创建出来的进程被称为子进程（child process），

fork()函数原型如下所示（fork()为系统调用）：

2.1 fork()函数原型：

#include <unistd.h> 
 
pid_t fork(void);

返回值：

失败返回-1 不创建子进程，并设置 errno
父进程的返回值pid为子进程的pid号，子进程的返回值为0

在诸多的应用中，创建多个进程是任务分解时行之有效的方法

譬如，某一网络服务器进程可在监听客户端请求的同时，为处理每一个请求事件而创建一个新的子进程，与此同时，服务器进程会继续监听更多的客户端连接请求
在一个大型的应用程序任务中，创建子进程通常会简化应用程序的设计，同时提高了系统的并发性（即同时能够处理更多的任务或请求多个进程在宏观上实现同时运行）。

理解 fork()系统调用的关键在于，完成对其调用后将存在两个进程，

一个是原进程（父进程）、另一个则是创建出来的子进程，

并且每个进程都会从 fork()函数的返回处继续执行，会导致调用 fork()返回两次值，

子进程返回一个值、父进程返回一个值，所以fork返回值后面的代码块也会调用两次

在程序代码中，可通过返回值来区分是子进程还是父进程。

fork()调用成功后，将会在父进程中返回子进程的 PID，而在子进程中返回值是 0；

如果调用失败，父进程返回值-1，不创建子进程，并设置 errno。

fork()调用成功后，子进程和父进程会继续执行 fork()调用之后的指令，子进程、父进程各自在自己的进程空间中运行。

事实上，子进程是父进程的一个副本

譬如子进程拷贝了父进程的数据段、堆、栈以及继承了父进程打开的文件描述符
父进程与子进程并不共享这些存储空间
这是子进程对父进程相应部分存储空间的完全复制
执行 fork()之后，每个进程均可修改各自的栈数据以及堆段中的变量，而并不影响另一个进程

示例 1使用 fork()创建子进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
int main()
{
    int pid =  fork(); //父进程的返回值pid为子进程的pid号，子进程的返回值为0
    switch (pid)
    {
        case -1:
            printf("fork error\n");
            break;
        case 0:
            printf("this is child ;PID = %d\n",getpid());
            break;
        default:
            printf("this is father;PID = %d\n",getpid());
            break;
    }
 
    return 0;
}

从打印结果可知，fork()之后的语句被执行了两次，所以 switch…case 语句被执行了两次

第一次进入到了"case 0"分支，表示进入子进程
第二次进入到了 default 分支，表示当前处于父进程
父进程的返回值pid为子进程的id号，子进程的返回值为0

02 fork创建新进程时发生了什么事？

调用 fork()函数之后，子进程会获得父进程所有文件描述符的副本

这些副本的创建方式类似于 dup()，这也意味着父、子进程对应的文件描述符均指向相同的文件表，如下图所示：

由此可知

子进程拷贝了父进程的文件描述符表，使得父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表

也意味着父、子进程中对应的文件描述符指向了磁盘中相同的文件，

因而这些文件在父、子进程间实现了共享，

譬如，如果子进程更新了文件偏移量，那么这个改变也会影响到父进程中相应文件描述符的位置偏移量。

2.1 父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define MY_FILE "./file.txt"

int main()
{
	char buf [128];
	int fd = open(MY_FILE,O_RDWR|O_CREAT,0600);
	if(-1 == fd)
	{
		perror("open error? :");
		exit(-1);
	}
	int pid = fork();
	switch (pid)
	{
		case -1:
			printf("fork error\n");
			break;
		case 0:
			for(int i = 0;i<4;i++)
				write(fd," child",strlen(" child"));
			close(fd);
			break;
		default:
			for(int i = 0;i<4;i++)
				write(fd," father",strlen(" father"));
			close(fd);
			break;
	}
	return 0;
}

上述代码中，父进程 open 打开文件之后，才调用 fork()创建了子进程，

所以子进程了继承了父进程打开的文件描述符 fd，我们需要验证的便是两个进程对文件的写入操作是分别各自写入、还是每次都在文件末尾接续写入