出處：http://hi.baidu.com/okeyes888/item/14559ae22eb72da9ce2d4f04

加自己的修改?。ùa驗(yàn)證）

fork確實(shí)創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程并完全復(fù)制父進(jìn)程，但是子進(jìn)程是從fork后面那個(gè)指令開(kāi)始執(zhí)行的。
對(duì)于原因也很合邏輯，如果子進(jìn)程也從main開(kāi)頭到尾執(zhí)行所有指令，那它執(zhí)行到fork指令時(shí)也必定會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子子進(jìn)程，如此下去這個(gè)小小的程序就可以創(chuàng)建無(wú)數(shù)多個(gè)進(jìn)程可以把你的電腦搞癱瘓,所以fork作者肯定不會(huì)傻到這種程度

fork和線程，進(jìn)程的理解2011-10-11 10:09

本文分為三部分：

1.       什么是fork？

2.       fork用途？

3.       fork怎么工作？

1．  什么是fork?

Fork源于OS中多線程任務(wù)的需要。在傳統(tǒng)的Unix環(huán)境下，有兩個(gè)基本的操作用于創(chuàng)建和修改進(jìn)程：函數(shù)fork( )用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，該進(jìn)程幾乎是當(dāng)前進(jìn)程的一個(gè)完全拷貝；函數(shù)族e(cuò)xec( )用來(lái)啟動(dòng)另外的進(jìn)程以取代當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程。

下面說(shuō)一下進(jìn)程和線程。

進(jìn)程的簡(jiǎn)單理解就是：一個(gè)進(jìn)程表示的就是一個(gè)可執(zhí)行程序的一次執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)狀態(tài)。

一個(gè)進(jìn)程，主要包含三個(gè)元素：

一個(gè)可以執(zhí)行的程序； --- 代碼段
和該進(jìn)程相關(guān)聯(lián)的全部數(shù)據(jù)（包括變量，內(nèi)存空間，緩沖區(qū)等等）； --- 數(shù)據(jù)段
程序的執(zhí)行上下文（execution context）。 --- 堆棧段

 "代碼段"，顧名思義，就是存放了程序代碼的數(shù)據(jù)，假如機(jī)器中有數(shù)個(gè)進(jìn)程運(yùn)行相同的一個(gè)程序，那么它們就可以使用相同的代碼段。

"堆棧段"存放的就是子程序的返回地址、子程序的參數(shù)以及程序的局部變量。

而數(shù)據(jù)段則存放程序的全局變量，常數(shù)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分配的數(shù)據(jù)空間（比如用malloc之類的函數(shù)取得的空間）。

一般的CPU都有上述三種段寄存器，以方便操作系統(tǒng)的運(yùn)行。這三個(gè)部分也是構(gòu)成一個(gè)完整的執(zhí)行序列的必要的部分。系統(tǒng)如果同時(shí)運(yùn)行數(shù)個(gè)相同的程序，它們之間就不能使用同一個(gè)堆棧段和數(shù)據(jù)段。　　

    操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程管理，最典型的是通過(guò)進(jìn)程表完成的。進(jìn)程表里再通過(guò)一個(gè)稱為“程序計(jì)數(shù)器（program counter, pc）”的寄存器來(lái)完成“上下文的切換”。(實(shí)際的上下文交換需要涉及到更多的數(shù)據(jù)，和fork無(wú)關(guān)，不再多說(shuō)，PC主要用于指出程序當(dāng)前已經(jīng)執(zhí)行到哪里，是進(jìn)程上下文的重要內(nèi)容，換出CPU的進(jìn)程要保存這個(gè)寄存器的值，換入CPU的進(jìn)程，也要根據(jù)進(jìn)程表中保存的本進(jìn)程執(zhí)行上下文信息，更新這個(gè)寄存器）。

    進(jìn)程表中的每一個(gè)表項(xiàng)，記錄的是當(dāng)前操作系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程的情況。對(duì)于單 CPU的情況而言，每一特定時(shí)刻只有一個(gè)進(jìn)程占用 CPU，但是系統(tǒng)中可能同時(shí)存在多個(gè)活動(dòng)的（等待執(zhí)行或繼續(xù)執(zhí)行的）進(jìn)程。
        PC用于指出當(dāng)前占用 CPU的進(jìn)程要執(zhí)行的下一條指令的位置。 當(dāng)分給某個(gè)進(jìn)程的 CPU時(shí)間已經(jīng)用完，操作系統(tǒng)將該進(jìn)程相關(guān)的寄存器的值，保存到該進(jìn)程在進(jìn)程表中對(duì)應(yīng)的表項(xiàng)里面；把將要接替這個(gè)進(jìn)程占用 CPU的那個(gè)進(jìn)程的上下文，從進(jìn)程表中讀出，并更新相應(yīng)的寄存器（這個(gè)過(guò)程稱為“上下文交換(process context switch)”

    下面繼續(xù)說(shuō)fork了。當(dāng)程序執(zhí)行到下面的語(yǔ)句：pid=fork();  操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程（子進(jìn)程），并且在進(jìn)程表中相應(yīng)為它建立一個(gè)新的表項(xiàng)。新進(jìn)程和原有進(jìn)程的可執(zhí)行程序是同一個(gè)程序；上下文和數(shù)據(jù)，絕大部分就是原進(jìn)程（父進(jìn)程）的拷貝，但它們是兩個(gè)相互獨(dú)立的進(jìn)程！此時(shí)程序寄存器pc，在父、子進(jìn)程的上下文中都聲稱，這個(gè)進(jìn)程目前執(zhí)行到fork調(diào)用即將返回（此時(shí)子進(jìn)程不占有CPU，子進(jìn)程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作為進(jìn)程上下文保存在進(jìn)程表中的對(duì)應(yīng)表項(xiàng)內(nèi)）。問(wèn)題是怎么返回。它們的返回順序是不確定的，取決于OS內(nèi)的調(diào)度。如果想明確它們的執(zhí)行順序，就得實(shí)現(xiàn)“同步”，或者是使用vfork（）。這里假設(shè)父進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，操作系統(tǒng)對(duì)fork的實(shí)現(xiàn)，使這個(gè)調(diào)用在父進(jìn)程中返回剛剛創(chuàng)建的子進(jìn)程的pid（一個(gè)正整數(shù)），所以下面的if語(yǔ)句中pid<0, pid==0的兩個(gè)分支都不會(huì)執(zhí)行。所以一般執(zhí)行fork后都會(huì)有兩個(gè)輸出。

2．  Fork用途歸結(jié)起來(lái)有兩個(gè)：

第一，   一個(gè)進(jìn)程希望復(fù)制自身，從而父子進(jìn)程能執(zhí)行不同代碼段。

第二，   進(jìn)程想執(zhí)行另外一個(gè)程序

歸結(jié)起來(lái)說(shuō)就是實(shí)現(xiàn)多線程。C語(yǔ)言多線程實(shí)現(xiàn)需要自己控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，這個(gè)比JAVA要復(fù)雜。

3．  Fork怎么工作？先看一個(gè)例子：

#include <unistd.h>;

#include <sys/types.h>;

int main ()

{

       pid_t pid;

          pid=fork();  // 1）從這里開(kāi)始程序分岔，父子進(jìn)程都從這一句開(kāi)始執(zhí)行一次

          if (pid < 0)

                  printf("error!");

          else if (pid == 0)

                  printf("child process, process id is %dn", getpid());

          else // pid > 0

                  printf("parent process, process id is %dn",getpid()); 

          return 0;

}

結(jié)果：

[root@localhost yezi]# ./a.out 
child process, process id is 4286   //這里為什么會(huì)打印兩結(jié)果呢？后面會(huì)解釋
parent process, process id is 4285  

對(duì)于上面程序段有以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

(1)返回值的問(wèn)題：

正確返回：父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的pid，因此> 0；子進(jìn)程返回0
錯(cuò)誤返回：-1

     子進(jìn)程是父進(jìn)程的一個(gè)拷貝。即，子進(jìn)程從父進(jìn)程得到了數(shù)據(jù)段和堆棧段的拷貝，這些需要分配新的內(nèi)存；而對(duì)于只讀的代碼段，通常使用共享內(nèi)存的方式訪問(wèn)。父進(jìn)程與子進(jìn)程的不同之處在于：fork的返回值不同——父進(jìn)程中的返回值為子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，而子進(jìn)程為0。只有父進(jìn)程執(zhí)行的getpid()才是他自己的進(jìn)程號(hào)。對(duì)子進(jìn)程來(lái)說(shuō)，fork返回給它0,但它的pid絕對(duì)不會(huì)是0；之所以fork返回0給它，是因?yàn)樗S時(shí)可以調(diào)用getpid()來(lái)獲取自己的pid；

(2) fork返回后，子進(jìn)程和父進(jìn)程都從調(diào)用fork函數(shù)的下一條語(yǔ)句開(kāi)始執(zhí)行。這也是程序中會(huì)打印兩個(gè)結(jié)果的原因。

     fork之后，操作系統(tǒng)會(huì)復(fù)制一個(gè)與父進(jìn)程完全相同的子進(jìn)程。不過(guò)這在操作系統(tǒng)看來(lái)，他們更像兄弟關(guān)系，這2個(gè)進(jìn)程共享代碼空間，但是數(shù)據(jù)空間是互相獨(dú)立的，子進(jìn)程數(shù)據(jù)空間中的內(nèi)容是父進(jìn)程的完整拷貝，指令指針也完全相同，但只有一點(diǎn)不同，如果fork成功，子進(jìn)程中fork的返回值是0，父進(jìn)程中fork的返回值是子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，如果fork不成功，父進(jìn)程會(huì)返回錯(cuò)誤。2個(gè)進(jìn)程一直同時(shí)運(yùn)行，而且步調(diào)一致，在fork之后，他們分別作不同的工作，也就是分岔了。這也是fork為什么叫fork的原因。至于哪一個(gè)先運(yùn)行，與操作系統(tǒng)的調(diào)度算法有關(guān)，而且這個(gè)問(wèn)題在實(shí)際應(yīng)用中并不重要，如果需要父子進(jìn)程協(xié)同，可以通過(guò)原語(yǔ)的辦法實(shí)現(xiàn)同步來(lái)加以解決。

    為了加深理解，看下面例子：

#include <stdio.h>
#include "../include/apue.h"
#include <unistd.h>

int main()
{
        pid_t    a_pid, b_pid;
        if((a_pid=fork())<0)  // // 一定要有紅色括號(hào)??！ 沒(méi)有的話就a_pid永遠(yuǎn)等于0，則永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行父進(jìn)程?。。?br>
                printf("error!");
        else if(a_pid==0)
        {
                printf("the first child's pid=%d\n",getpid());
                printf("b\n");
        }
        else
        {
                printf("the parent's pid=%d\n",getpid());
                printf("a\n");
        }

        if((b_pid=fork())<0)
                printf("error!");
        else if(b_pid==0)
        {
                printf("c\n");
        }
        else
        {
                printf("e\n");
        }
        return 0;
}

輸出的結(jié)果：   

（1）

the first child's pid=12623
b
c
e
the parent's pid=12622
a
c
e

（2）

the first child's pid=12638
b
the parent's pid=12637
a
c
e
c
e

（3）

the first child's pid=12642
b
the parent's pid=12641
a
c
c
e
e

很奇妙的結(jié)果。不過(guò)理解了“子進(jìn)程和父進(jìn)程都從調(diào)用fork函數(shù)的下一條語(yǔ)句開(kāi)始執(zhí)行”了也不奇怪了。同是這里引入理解fork的第三點(diǎn)

(3) fork函數(shù)不同于其他函數(shù)，在于它可能會(huì)有兩個(gè)或是多個(gè)返回值，而且是同時(shí)返回兩個(gè)值。繼續(xù)分析上面的例子。

    理解上例的關(guān)鍵在于fork()的返回點(diǎn)在哪里。Fork()同時(shí)返回兩個(gè)值。其中pid=0的這個(gè)返回值用來(lái)執(zhí)行子進(jìn)程的代碼，而大于0的一個(gè)返回值為父進(jìn)程的代碼塊。第一次fork調(diào)用的時(shí)候生叉分為兩個(gè)進(jìn)程，假設(shè)為a父進(jìn)程和b子進(jìn)程。他們分別各自在第二次fork調(diào)用之前打印了b和a各一次；在第一次叉分的這兩個(gè)進(jìn)程中都含有   

   if(（b_pid=fork()）<0)   // 一定要有紅色括號(hào)??！ 沒(méi)有的話就b_pid永遠(yuǎn)等于0
   {   
          printf("error!");   
   }   
   else if(b_pid==0)   
        printf("c/n");   
   else   
        printf("e/n");  

   
      這段代碼。很明顯，a父進(jìn)程和b子進(jìn)程在這段代碼中又各自獨(dú)立的被叉分為兩個(gè)進(jìn)程。這兩個(gè)進(jìn)程每個(gè)進(jìn)程又都打印了e,c各一次。到此，在程序中總共打印兩次c，e和一次a，b?？偣?個(gè)字母。   
      注：在第一次叉分為兩個(gè)進(jìn)程的時(shí)候父子進(jìn)程含有完全相同的代碼（第二次仍然相同），只是因?yàn)樵诟缸舆M(jìn)程中返回的PID的值不同，父進(jìn)程代碼中的PID的值大于0，子進(jìn)程代碼中的值等于0，從而通過(guò)if這樣的分支選擇語(yǔ)句來(lái)執(zhí)行各自的任務(wù)。

    當(dāng)然在使用fork中還有很多細(xì)節(jié)，比如輸出時(shí)，對(duì)緩沖區(qū)的不同處理會(huì)使父子進(jìn)程執(zhí)行過(guò)程中輸出不同，以及fork后，子進(jìn)程的exec和exit的一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。以后再說(shuō)。