0201 Linux进程fork方式详解
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一、概述
在Linux系统中提供了多个创建进程的API接口，以不同的方式来创建进程，
比如fork, vfork, exe系列接口，还有clone，使用之前博文《linux 进程创建的五种方法fork/vfork/execv/clone》之中已经介绍，
本文对于常用的fork方式，从进程的内存空间，生命周期，资源管理等方面详细分析，有更深的理解，在设计并发任务时有更加清晰的架构选择。
二、创建进程
通过fork创建进程，经过fork调用之后，就非常有意思了，程序被分叉为两个进程了，形成了父子两个进程，而fork会在父子进程中返回不同的值。
在父进程中返回子进程的pid，而在子进程中返回值为0。
2.1 测试程序
下面我们写一个测试程序，通过前面介绍的查看进程的方法来看一下进程的情况。
/*
* ex020101_fork.c
*/#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>intmain(int argc ,char*argv[]){int pid =-1;
pid =fork();if(pid ==0){// in childprintf("here in child ,my pid is %d\n",getpid());sleep(10);}elseif(pid >0){// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n",getpid(), pid);sleep(10);}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}return0;}
2.2 查看进程信息
事先打开两个终端，一个用于运行测试程序，一个用于查看进程信息。
- 在终端一上运行程序。
[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020101_fork.c -o ex020101
[senllang@hatch ex_0201]$ ./ex020101
here in parent, my pid 56657, child pid is 56658
here in child ,my pid is 56658
程序运行后，可以看到进入了父子进程中，分别打印了信息，之后为睡眠10秒的时间，如果来不及查看，可以调大时间。
- 在终端二上查看
[senllang@hatch ex_0201]$ ps -ef|grep ex0201|grep -v grep
senllang 56657559560 08:28 pts/0 00:00:00 ./ex020101
senllang 56658566570 08:28 pts/0 00:00:00 ./ex020101
通过ps命令可以查看两个进程，第二列是PPID 父进程PID，第三列是当前进程的PID。
第一行是子进程，它的进程号为55956, 第二行为父进程，也就是主程序运行的进程，进程号为 56657, 它的父进程为当前的终端进程。
三、进程内存空间
内存空间在进程之间是完全独立的，通过fork创建的父子进程也是这样吗？
这里通过一组测试来看一下，在上面的例子中增加变量查看内存空间变化。
3.2 变量空间用例
在上一例子中，增加了全局变量和动态分配内存的变量，观察如下内容：
- 分别在父子进程中查看它们的值和地址；
- 修改变量的值，观察它们在父子进程中的变化；
3.2 验证分析
验证代码如下：
/*
* ex020102_forkvar.c
*/#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<unistd.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<stdlib.h>#defineMAX_PROMPT_LEN64int g_flag =1;intmain(int argc ,char*argv[]){int pid =-1;char*prompt =NULL;
prompt =(char*)malloc(MAX_PROMPT_LEN);if(NULL== prompt){printf("memory maybe not enogh.\n");return-1;}strncpy(prompt,"I am a starting process.", MAX_PROMPT_LEN);printf("g_flag:%d, addr:%p; prompt:%s , addr:%p\n", g_flag,&g_flag, prompt, prompt);
pid =fork();if(pid ==0){// in childprintf("here in child ,my pid is %d\n",getpid());printf("[pid:%d] g_flag:%d, addr:%p; prompt:%s , addr:%p\n",getpid(), g_flag,&g_flag, prompt, prompt);
g_flag =2;free(prompt);
prompt =NULL;sleep(10);}elseif(pid >0){// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n",getpid(), pid);printf("[pid:%d] g_flag:%d, addr:%p; prompt:%s , addr:%p\n",getpid(), g_flag,&g_flag, prompt, prompt);sleep(10);}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}printf("[pid:%d] g_flag:%d, addr:%p; prompt:%s , addr:%p\n",getpid(), g_flag,&g_flag, prompt, prompt);if(NULL!= prompt)free(prompt);return0;}
- 运行结果
编译生成可执行文件
[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020102_forkvar.c -o ex020102
运行测试程序
[senllang@hatch ex_0201]$ ./ex020102
g_flag:1, addr:0x60106c; prompt:I am a starting process. , addr:0x9372a0
here in parent, my pid 57198, child pid is 57199[pid:57198] g_flag:1, addr:0x60106c; prompt:I am a starting process. , addr:0x9372a0
here in child ,my pid is 57199[pid:57199] g_flag:1, addr:0x60106c; prompt:I am a starting process. , addr:0x9372a0
[pid:57198] g_flag:1, addr:0x60106c; prompt:I am a starting process. , addr:0x9372a0
[pid:57199] g_flag:2, addr:0x60106c; prompt:(null) , addr:(nil)
分析结果
从运行结果可以看到如下信息：
- 父进程的PID为57198，而子进程的PID为 57199；
- 全局变量 g_flag 的地址为 0x60106c， 而指针变量 prompt的地址为 0x9372a0；
- 子进程中修改变量 g_flag 值为2 ，同时释放 prompt 指向的内存，并赋值为空；
可以看到一个有意思的现象，在子进程中，继承于父进程的变量地址，与父进程中的变量地址一模一样，值也一样；
而修改子进程中的变量值时，父进程并没有改变；
- 子进程在创建时，会完全拷贝父进程的内存内容，所以它们有一模一样的内存部局；当然，这里为了加速创建性能，采用了写时拷贝的策略；
- 我们看到的进程内存地址，其实是虚拟内存地址，它由基地址开始，所以每个进程的基址一样，使得父子进程中内存地址可能相同；
- 虽然虚拟地址相同，实际对应的是不同的物理内存；
- 在32位机器上，进程虚拟地址空间是4GB，而64位上就非常大了；
四、总结
在多任务并发编程中，使用多进程架构时，在使用fork创建的父子进程时，子进程得到与父进程相同的内存空间内容。
进程的内存空间由虚拟地址描述，在使用时会映射到物理地址。
结尾
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