进程控制(process,fork)

图解嵌套进程

p27

`fork()` 函数详解

fork() 是一个系统调用，用于创建一个新进程。调用 fork() 后，会生成一个新的子进程，该子进程是父进程的几乎完整副本。这个函数的特点包括：调用一次，返回两次:(一次是在调用进程[父进程], 一次是在新创建的子进程[子进程的 PID 总是返回 0]当中)，并发执行，相同但独立的地址空间，以及共享文件描述符。

1. `fork()` 的返回值

调用 fork() 时，它会返回不同的值给父进程和子进程：

返回值为 0：表示这是在子进程中运行。
返回值为子进程的 PID（进程 ID）：表示这是在父进程中运行。
返回 -1：表示 fork() 调用失败，通常是因为系统资源不足。

2. 代码详解

代码回顾

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

int main()
{
    pid_t pid;
    int x = 1;

    pid = fork();  // 创建一个子进程
    if(pid == 0)   // 子进程
    {
        printf("child : x=%d\n", ++x);
        exit(0);  // 子进程结束
    }
    // 父进程
    printf("parent: x=%d\n", --x);
    exit(0);  // 父进程结束
}

执行流程

fork() 创建一个子进程。
- 在子进程中，fork() 返回 0，执行子进程代码块。
- 在父进程中，fork() 返回子进程的 PID，继续执行父进程代码块。
子进程输出：
- x 的初始值是 1，在子进程中执行 ++x，变为 2，打印：child : x=2。
父进程输出：
- 父进程中的 x 仍然是 1（和子进程中的 x 独立），执行 --x，变为 0，打印：parent: x=0。

可能的输出顺序

由于父进程和子进程是并发执行的，输出顺序无法确定，可能是：

child : x=2
parent: x=0

或：

parent: x=0
child : x=2

3. `fork()` 的关键特点

(1) 调用一次，返回两次(“返回两次”指的是 `fork()` 函数在父进程和子进程中分别返回不同的值)

一次在父进程中返回子进程的 PID，另一次在子进程中返回 0

父进程调用 fork() 后：
- 返回值是子进程的 PID。
- 父进程继续执行 fork() 后的代码。
子进程调用 fork() 后：
- 返回值是 0。
- 子进程从 fork() 后的代码开始执行。

这就是“调用一次，返回两次”的含义。

(2) 并发执行

父进程和子进程在 fork() 后并发运行（实际顺序由操作系统调度器决定）。
两个进程独立运行，互不干扰，但共享 CPU 时间。

(3) 相同但独立的地址空间

子进程继承了父进程的内存内容：
- 父子进程的变量（如 x）在 fork() 后会有相同的初始值。
- 但是父子进程的内存空间是独立的，在其中一方修改变量不会影响另一方。
实现细节：
- 现代操作系统通常采用写时复制（Copy-on-Write, COW）机制：
  - 父子进程最初共享相同的物理内存。
  - 当其中一个进程尝试修改共享内存时，操作系统会为其分配新的内存。

(4) 共享文件描述符

父子进程共享文件描述符表（指向打开的文件）。
影响：
- 如果父进程和子进程操作相同的文件，文件偏移量会受到影响。

示例：

  #include <stdio.h>
  #include <unistd.h>
    
  int main() {
      FILE *fp = fopen("test.txt", "w");
      if (!fp) return 1;
    
      fork();
    
      fprintf(fp, "Hello\n"); // 父子进程都会写入
      fclose(fp);
      return 0;
  }

输出可能是：

  Hello
  Hello

4. 总结

调用一次，返回两次：父子进程的返回值不同。
并发执行：父子进程独立运行，实际顺序由调度决定。
相同但独立的地址空间：父子进程初始内存相同，但后续修改互不影响。
共享文件描述符：父子进程共享打开的文件，可能影响文件操作的结果。

通过 fork()，Linux 实现了多进程的创建与管理，成为并发编程的重要工具。