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fork函数详解

news 来源：原创 2024/11/16 5:22:40

文章目录

fork函数
例子详解
工作原理
GDB 多进程调试

fork函数

fork系统调用用于创建一个新进程，称为子进程，它与进程（称为系统调用fork的进程）同时运行，此进程称为父进程。创建新的子进程后，两个进程将执行fork（）系统调用之后的下一条指令。

通过man命令简单查看一下：man fork

在这里插入图片描述

基本概念

每个进程都由进程号来标识，其类型为 pid_t（整型），进程号的范围：0～32767。进程号总是唯一的，但可以重用。当一个进程终止后，其进程号就可以再次使用。
任何进程（除 init 进程）都是由另一个进程创建，该进程称为被创建进程的父进程，对应的进程号称为父进程号（PPID）。
进程组是一个或多个进程的集合。他们之间相互关联，进程组可以接收同一终端的各种信号，关联的进程有一个进程组号（PGID）。默认情况下，当前的进程号会当做当前的进程组号
进程号和进程组相关函数
- pid_t getpid(void);：获取进程ID
- pid_t getppid(void);：获取进程的父进程ID
- pid_t getpgid(pid_t pid);：获取进程的组ID

fork()函数用法

pid_t fork(void);
    函数的作用：用于创建子进程。
    包含头文件：
    	#include <sys/types.h>
		#include <unistd.h>
    返回值：
        fork()的返回值会返回两次。一次是在父进程中，一次是在子进程中。
        在父进程中返回创建的子进程的ID,
        在子进程中返回0
        在父进程中返回-1，表示创建子进程失败，并且设置errno

例子详解

先来看一个最简单的例子

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() 
{

    // 创建子进程
    pid_t pid = fork();

    // 判断是父进程还是子进程
    if(pid > 0) {
        printf("pid : %d\n", pid);
        // 如果大于0，返回的是创建的子进程的进程号，当前是父进程
        printf("i am parent process, pid : %d, ppid : %d\n", getpid(), getppid());
    } else if(pid == 0) {
        // 当前是子进程
        printf("i am child process, pid : %d, ppid : %d\n", getpid(),getppid());

    }
    for(int i = 0; i < 3; i++) {
        printf("i : %d , pid : %d\n", i , getpid());
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

输出结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o test test.c  -std=c99
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./test 
pid : 3274
i am parent process, pid : 3273, ppid : 2077
i : 0 , pid : 3273
i am child process, pid : 3274, ppid : 3273
i : 0 , pid : 3274
i : 1 , pid : 3273
i : 1 , pid : 3274
i : 2 , pid : 3273
i : 2 , pid : 3274

这个程序比较简单，唯一值得注意的是输出结果的这个语句i : 0 , pid : 3273。

原因是fork之后父进程先执行还是子进程先执行不确定，取决于内核所使用的调度算法。

program

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

int main()
{
    int n=2;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        fork();
        printf("A\n");
    }
    return 0;
}

输出结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o fork fork.c  -std=c99
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./fork 
A
A
A
A
A
A

代码共打印6个A，创建3个子进程。
在这里插入图片描述
【注意】：‘\n’:会自动刷新缓冲区。即遇到\n会自动刷新缓冲区。

program

我们把上面程序的\n删除掉在试一下。

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

int main()
{
    int n=2;
    for(int i=0;i<n;i++)
    {
        fork();
        printf("A");
    }
    return 0;
}

输出结果

(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ gcc -o fork fork.c  -std=c99
(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ ./fork 
AAAA(base) user@ubuntu:~/Desktop/OS/NiuKe$ AAAA

代码共打印8个A。

在这里插入图片描述

工作原理

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

GDB 多进程调试

使用 GDB 调试的时候，GDB 默认只能跟踪一个进程，可以在 fork 函数调用之前，通过指令设置 GDB 调试工具跟踪父进程或者是跟踪子进程，默认跟踪父进程。
设置调试父进程或者子进程：set follow-fork-mode [parent（默认）| child]。
设置调试模式：set detach-on-fork [on | off]
默认为 on，表示调试当前进程的时候，其它的进程继续运行，如果为 off，调试当前进程的时候，其它进程被 GDB 挂起。
查看调试的进程：info inferiors。
切换当前调试的进程：inferior Num。
使进程脱离 GDB 调试：detach inferiors Num。