Linux进程之函数fork与vfork

一、函数fork
一个现有的进程可以调用fork函数创建一个新进程。

fork - create a child process
 
  #include <unistd.h>

  pid_t fork(void);
  //返回值：子进程返回0，父进程返回子进程ID；若出错，返回-1

由fork创建的新进程被称为子进程（child process）。fork函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是子进程的返回值是0，而父进程的返回值则是新建子进程的进程ID。将子进程ID返回给父进程的理由是：因为一个进程的子进程可以有很多个，并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程ID。fork使子进程得到返回值0的理由是：一个进程只会有一个父进程，所以子进程总是可以调用getppid以获得其父进程的进程ID（进程ID0总是由内核交换进程使用，所以一个子进程的进程ID不可能为0）。

实例1：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
        pid_t pid;
        printf("father's pid is %d\n",getpid());

        pid = fork();

        if(pid > 0) {
                printf("this is father pid:%d\n",getpid());
        }
        else if(pid == 0) {
                printf("this is child pid:%d\n",getpid());
        }

        return 0;
}

编译运行结果：pid为10241的父进程创建了一个pid为10242的子进程。
在这里插入图片描述
子进程和父进程继续执行fork调用之后的指令。子进程是父进程的副本。例如，子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本。
注意，这是子进程所拥有的副本。父进程和子进程并不共享这些存储空间部分。父进程和子进程共享正文段。

子进程对变量所做的改变并不影响父进程中该变量的值。下面代码可以验证：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
        int data = 59;

        pid_t pid;

        printf("data:%d\n",data);

        pid = fork();

        if(pid > 0) {
                sleep(3);
                printf("father process\n");

        }
        else if(pid == 0) {
                printf("child process\n");
                data = data + 1;
        }
        printf("data = %d\n",data);

        return 0;
}

子进程对data进行修改，但父进程值并没有变化。
一般，在fork之后不确定是父进程先执行还是子进程先执行，这却决于内核所使用的调度算法。如果要求父进程和子进程之间相互同步，则要求某种形式的进程通信。所以在父进程中加入sleep(3),可以先让子进程先执行，对数据进程修改。
在这里插入图片描述

fork的应用场景
这在网络服务进程中比较常见:父进程等待客户端的服务请求,当接收到一个请求之后,父进程调用 fork,然后让子进程处理该请求,而父进程继续等待下一个服务请求。其代码框架如下所示:

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

int main()
{
        pid_t pid;
        int data;

        while(1){
                printf("please input a data\n");
                scanf("%d",&data);
                if(data == 1){
                        pid=fork();
                        if(pid > 0){

                        }
                        else if(pid == 0){
                                while(1){
                                        printf("do net require,pid=%d\n",getpid());
                                        sleep(3);
                                }
                        }
                }else{
                        printf("wait... ,do nothing\n");
                }
        }
        return 0;
}

程序刚运行时，一直在等待用户输入数据，当用户输入1时，创建子进程（pid为11774），并建立网络连接，但还在等待输入数据，再次输入1时，又创建一个子进程（pid为11775）.
在这里插入图片描述
fork有以下两种用法。
（1）一个父进程希望复制自己，使父进程和子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的—父进程等待客户端的服务请求。当这种请求到达时，父进程调用fork，使子进程处理此请求。父进程则继续等待下一个服务请求。
（2）一个进程要执行一个不同的程序。这对shell是常见的情况。在这种情况下，子进程从返回后立刻调用exec（后面会讲到）。

二、函数vfork

vfork函数的调用序列和返回值与fork相同，但二者的语义不同。
①vfork直接使用父进程存储空间，不拷贝
②vfork保证子进程先运行，在它调用exec或exit之后父进程才可能被调度运行，当子进程调用这两个函数中的任意一个时，父进程会恢复运行。（如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作，则会导致死锁）

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

int main()
{
        pid_t pid;
        int i = 0;

        pid = vfork();
        if(pid > 0) {
                while(1) {
                        printf("this is father\n");
                        sleep(1);
                }
        } else if(pid == 0) {
                        while(1) {
                                printf("this is child\n");
                                sleep(1);
                                i++;
                                if(i == 3) {
                                        exit(0);
                                }
                        }
                }

        return 0;
}