【linux进程(二)】如何创建子进程?--fork函数深度剖析

💓博主CSDN主页:杭电码农-NEO💓

⏩专栏分类:Linux从入门到精通

🚚代码仓库:NEO的学习日记🚚

🌹关注我🫵带你学更多操作系统知识

🔝🔝


进程状态管理

  • [1. 前言](#1. 前言)
  • [2. 查看进程的第二种方式](#2. 查看进程的第二种方式)
  • [3. 如何创建一个子进程?](#3. 如何创建一个子进程?)
  • [4. fork函数详解(一)](#4. fork函数详解(一))
  • [5. fork函数详解(二)](#5. fork函数详解(二))
  • [6. fork函数详解(三)](#6. fork函数详解(三))
  • [7. fork函数详解(四)](#7. fork函数详解(四))
  • [8. fork函数详解(五)](#8. fork函数详解(五))
  • [9. 总结以及拓展](#9. 总结以及拓展)

1. 前言

我们已经会使用getpid/getppid

函数来查看pid和ppid了,本篇文章

会介绍第二种查看进程的方式

本章重点:

本篇文章着重介绍创建子进程
的函数:fork的概念以及返回值
本篇文章主要解决以下问题:

  • fork函数干了什么事?
  • 为什么fork有两个返回值?
  • 为啥fork的返回给父子进程的内容不同?
  • fork之后,父子进程谁先运行?
  • 如何理解同一个变量有不同的值?

这些问题的答案会在文章中给出


2. 查看进程的第二种方式

在Linux系统中,有一个动态文件proc

它里面存放着所有进程的信息,之所以

叫动态文件是因为它会随着进程的改变

而随时更新它的内容!

查看所有进程文件:

使用指令: ls /proc/

查看特点的进程文件:

使用指令: ls /proc/pid

比如我现在写一个死循环代码

然后通过此文件来查看我这个进程:

查看动态文件

可以发现,在自行创建的进程中
有很多我们看不懂的文件,这些文件
也不需要掌握,但是有两个文件需要
大家注意,一个是cwd一个是exe

exe指向可执行程序的位置
cwd代表默认的当前文件

我们经常听见一句话:在当前文件
创建一个文件,在当前文件怎么怎么样
这个当前文件就是cwd指向的文件
并且Linux外壳的bash中,pwd指令
其实就是从cwd中找到当前路径的!


3. 如何创建一个子进程?

众所周知啊,Linux系统是用C语言写的

所以Linux中创建一个进程实际上也要

调用C语言的函数,也就是用代码创建

进程,用户使用代码创建进程叫系统调用

使用函数: fork

使用man指令查看fork函数信息:

写一段代码创建子进程观察情况:

cpp 复制代码
#include<stdio.h>  
#include<unistd.h>  
#include<sys/types.h>  
int main()  
{
   	printf("我是一个进程,我的pid:%d\n",getpid());
  
    fork();
  
    printf("i am a process,pid:%d\n",getpid());
    sleep(1);
    return 0;
}

请看下面的图片观察情况:

接下来再打一个死循环观察情况:

cpp 复制代码
#include<stdio.h>    
#include<unistd.h>    
#include<sys/types.h>    
int main()    
{    
    printf("我是一个进程,pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());                                                                                                         
    while(1)    
    {              
        fork();                                                          
        printf("i am a process,pid:%d ppid:%d\n",getpid(),getppid());    
        sleep(1);    
    }       
    return 0;
}    

请看以下图片观察情况:

它会循环打印pid和ppid,可以发现
蓝色框里面的ppid明显是命令行解释器
bash的pid,这个进程的pid是31063
创建的子进程的pid是31064,并且子进程
的ppid也就是父亲id是31063,这就已经
说明了一个情况:fork之后,已经创建了子进程
并且此进程的父进程是我们自己写的程序!


4. fork函数详解(一)

通过上面的代码和图文,可以发现

fork之前的代码只有父进程执行

然而fork之后的代码父子进程都要执行

fork函数不仅会帮我们创建子进程
它还有两个返回值,父进程会接受到
子进程的pid,子进程会接收到值:0
那么你可能有疑问?既然fork之后
父子进程会执行一样的代码,那么子进程
的意义是什么?其实fork是这样用的:

cpp 复制代码
int forkid = fork();
if(forkod==0)
{
	执行子进程的专有代码
}
else
{
	执行父进程的专有代码
}

实际上我们创建子进程的意义就是

为了让子进程执行和父进程不一样

的代码,实现和父进程不一样的功能

比如我们可以一边下载软件一边播放

音乐,这两个过程就是不同的进程在执行!

改修代码后查看fork的返回值:

cpp 复制代码
#include<stdio.h>                                                                                                                                                       
#include<sys/types.h>    
#include<unistd.h>    
int main()    
{    
    printf("我是一个父进程,我的pid是: %d\n",getpid());    
    
    pid_t id = fork();    
    
    if(id==0)//子进程的代码片段    
    {    
        while(1)    
        {    
            printf("我是子进程: pid:%d ppid: %d ret:%d,我在进行下载任务\n",getpid(),getppid(),id);    
            sleep(1);    
        }    
    }    
    else if(id>0)//父进程的代码片段    
    {    
    
        while(1)    
        {    
            printf("我是父进程: pid:%d ppid: %d ret:%d,我在进行播放任务\n",getpid(),getppid(),id);    
        sleep(1);    
        }    
    } 
	return 0;
}

请看下图观察情况:


5. fork函数详解(二)

观察上面的情况,fork函数到底做了什么?

现在我来回答这个问题:

fork会创建子进程,系统中会多出
一个子进程,操作系统以父进程为
模板为子进程创建PCB,但是子进程
中是没有代码和数据的,当前状态
子进程和父进程共享代码和数据
所以fork之后,父子进程会执行一样的代码

父子进程的关系可以用下图来理解:

理解了这一点后,第三点也很好理解

首先,一个父进程可以创建很多个子

进程,然而一个子进程只对应一个父

进程,所以fork函数会返回子进程的id

给父进程,方便父进程管理它的子进程

现在就已经解决了开头的第1.3问题了


6. fork函数详解(三)

现在我想来解答第二个问题,众所周知啊

C/C++函数只能有一个返回值,然而这里

的fork函数既然也是C函数,为什么会有两个

返回值呢?请看以下的解释:

首先,fork之后,父子进程都会执行
代码的本质是它们都被内存调度了
而当一个函数执行到return时,它的
核心工作才算执行完成,于是我们可以
想象一下fork函数内部的一些代码信息:

可以发现,在fork函数return之前,

就已经创建了子进程,并且将子进程

放入调度队列中运行了,所以当子进程

在调度队列时,它和父进程就已经分流了

而不是真正在fork函数return之后才分流的

并且创建完子进程后代码是共享的

很明显return也是一句代码,所以父子进程
都会执行return语句,fork函数有两个返回值


7. fork函数详解(四)

现在,我来回答第四个问题
fork之后,父子进程谁先运行?

在讲解第二问时我们知道,创建完成

子进程后,这只是一个开始,系统的其他

进程,父进程,子进程接下来会被调度执行!

问题是先调度谁?先创建就先调度吗?

答案明显不是!在调度队列中,CPU
会选择一个进程去运行它,谁先被调度
谁就先运行!所以fork之后父子进程谁
先运行用户是不确定的,这是由各自
进程PCB中的调度信息决定的,比如
优先级,算法信息等等

下面有一篇拓展阅读,有兴趣可以看看:

fork函数拓展阅读


8. fork函数详解(五)

最后来回答第五个问题

前面一个函数有两个返回值你可能

能够理解,因为两个进程都被调度了

但是同一个变量怎么可能有两个不同

的值呢?变量id在父进程和子进程中值不同

首先我们要清楚一点:

干掉父进程不会影响子进程运行,反之也是

请看下面的视频验证:

kill父进程不会影响子进程

通过以上实验看出,进程是有独立性的

首先是表现在进程各自的PCB运行时

不会相互影响,很明显,代码本身只是可读

的,所以不会影响代码,但是对于数据来说
父子的数据是可能不同的(可能会被修改)
所以系统是怎样做到让数据在各个
进程都自己私有一份的?答案是写时拷贝
类似于学习类和对象时的深浅拷贝
数据会在需要使用时被写时拷贝到PCB
然而fork返回值赋值给变量时,本质也是
写入,返回时也会发生写时拷贝,所以不同
的进程执行的代码中的变量id获取的值不同!


9. 总结以及拓展

fork函数的细节还有很多,但是以目前

的学习进度来说,要完全理解它很困难

所以文章采用了较为简单的方式帮助理解

只要理解了fork函数的五个问题的答案

那么在目前阶段就已经干的很好了!

拓展阅读:

Linux下的PCB源码解析


🔎 下期预告:Linux进程状态信息 🔍

相关推荐
hqxstudying4 分钟前
Redis为什么是单线程
java·redis
Ein hübscher Kerl.28 分钟前
虚拟机上安装 MariaDB 及依赖包
数据库·mariadb
try2find33 分钟前
移动conda虚拟环境的安装目录
linux·运维·conda
码农101号1 小时前
Linux中容器文件操作和数据卷使用以及目录挂载
linux·运维·服务器
醇醛酸醚酮酯1 小时前
Qt项目锻炼——TODO清单(二)
开发语言·数据库·qt
PanZonghui1 小时前
Centos项目部署之Nginx 的安装与卸载
linux·nginx
PanZonghui1 小时前
Centos项目部署之安装数据库MySQL8
linux·后端·mysql
PanZonghui1 小时前
Centos项目部署之运行SpringBoot打包后的jar文件
linux·spring boot
PanZonghui1 小时前
Centos项目部署之Java安装与配置
java·linux
程序员弘羽2 小时前
Linux进程管理:从基础到实战
linux·运维·服务器