007 Linux fork()函数

前言

本文将会以提问的形式展开向你介绍fork函数

文章重点

关于fork函数，本文重点在于解决以下疑问

疑问一：
为什么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
疑问二：
1、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？
2、为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0
疑问三：
1、为什么fork会有两个返回值
2、如何理解同一个变量，会有不同的值
3、fork之后，父子进程谁先运行

引入fork()函数

linux系统是用c语言写的，所以在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叫做系统调用，fork函数是Linux系统中实现多进程编程的基础，通过fork函数，可以创建一个子进程，然后在子进程中执行不同的任务，从而实现并行计算和多任务处理。

fork解析一

使用man指令查看fork函数信息
在这里插入图片描述

#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;
}

观察结果
在这里插入图片描述
可以观察到子进程已经被创建出来了（pid为5584）

疑问：为什么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(观察结果的后两行->父子进程都执行了代码)，并且为什么子进程不会从头开始执行父进程的代码？

原因是：子进程以父进程为模板，把父进程中的大部分属性拷贝给子进程
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，但是创建的子进程是没有代码和数据的！！目前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，创建出来的子进程并不从头开始执行父进程的代码，而是从fork函数之后的代码开始执行（父进程的大部分属性拷贝给了子进程，包括寄存器的状态->用于记录当前指令的执行位置和保存临时数据）

fork解析二

观察第二第三行分别是父进程和子进程执行的结果
在这里插入图片描述

疑问二：
1、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？
2、为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程的pid，给子进程返回0

引入： fork成功的时候会有两个不同的返回值，给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid
为什么要创建子进程呢：我们想让子进程协作父进程完成一些工作，这些工作是单进程解决不了的
可以通过判断fork的返回值，来让父子进程执行不一样的代码，让子进程实现和父进程不一样的功能，比如：我们可以一边玩游戏一边听着音乐，这两个过程就是不同的进程在执行

#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;
}

pid_t id = fork();
观察结果：fork成功的时候会有两个不同的返回值，给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid
在这里插入图片描述

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

fork解析三

1、为什么fork会有两个返回值
2、如何理解同一个变量，会有不同的值
3、fork之后，父子进程谁先运行

在这里插入图片描述

1、创建完子进程后，子进程会共享父进程的代码和数据，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

pid_t id = fork();
打印id地址
在这里插入图片描述
观察到父子进程的返回值id是不一样的，但是地址却是一样的。
怎么可能同一个变量，同一个地址，会有不同的内容（变量id在父进程和子进程中值不同）呢？

2、进程具有独立性，首先表现在进程各自的PCB运行时不会相互影响，很明显，代码本身只是可读的，所以不是影响代码，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，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