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函数用于创建一个新的进程,该进程称为子进程。原有的进程称为父进程。子进程是父进程的副本,但是它们有不同的进程ID(PID)。

  • 返回值
  • 在父进程中, 返回子进程的PID。
  • 在子进程中, 返回0。
  • 如果出现错误, 返回一个负值。

我们写一段demo程序,发现会输出两次Running。 函数被调用一次,导致当前进程(父进程)被复制出一个新的进程(子进程)。子进程会复制父进程的地址空间、寄存器状态,包括父进程的输出缓冲区。因此,父进程和子进程都会继续执行接下来的代码。

这就是为什么会有两次 "Running...." 的输出。一次来自父进程,另一次来自子进程。

如何避免这种现象?

由于函数在父进程和子进程都有返回值,如果进程创建成功,那么在父进程返回的是子进程的PID,在子进程返回的是0,所以我们可以通过返回值来确定是父进程工作区还是子进程工作

在实际开发中,有一个严格的规定,子进程只能在子进程工作区执行代码,不允许踏出自己的工作区。执行完自己的代码块通过exit()结束进程

init进程

默认情况下所有进程都有父进程,除了init进程,init是系统启动初始化首个服务进程,所有系统下的进程都是它的子集

关于父子进程一起执行fork函数

函数调用之后,分为多个过程。

先调用_CREATE函数,创建子进程,但是这个子进程的内存空间是空的,所以接下来调用_CLONE函数。

_CLONE函数将父进程的所有内存空间(包括代码段、数据段、堆、栈等)、寄存器状态、文件描述符等克隆给子进程。

执行完克隆操作后,会有第一个返回值,返回给父进程创建的子进程的PID

之后的操作由子进程进行,数据清理、回收等工作。等所有操作完成后,函数返回0,这也就是为什么fork函数针对父子进程有不同的返回值

父子进程可以共享fork函数栈帧,一人执行函数的一部分,得到两个不同的返回值,便于区分父子进程任务。

多进程创建的模版

通过循环调用 创建多进程(一父多子)。

 

通过循环创建多个子进程。每次调用 后,会得到不同的PID

  • 在父进程中, 返回新创建子进程的PID。
  • 在子进程中, 返回0。

根据PID来区分是自己还是子进程,并输出相应的信息。

父子进程的继承与拷贝

_CREATE为子进程申请虚拟地址。

_CLONE对父进程的PCB进程控制块进行部分拷贝到子进程的PCB。但是用户空间并不是简单的拷贝。

随着fork函数的迭代,对用户空间的拷贝操作也发生了变化。

第一版FORK

父进程创建子进程后,将所有的用户层资源拷贝给子进程

缺点:如果子进程不需要拷贝继承用户层数据,父进程进行了拷贝,这些拷贝开销对子进程没有任何意义,无意义系统开销

第二版vfork

是 的一个变体。 的设计目标是提高性能,需要与结合使用。通过共享地址空间来避免 第一代 的开销。

通过创建的子进程是没有0-3G用户层数据的,需要使用者自行准备加载进程0-3G之和才可以使用。

第三版fork

第三版(现在所使用的fork)会为子进程的0-3G内存会申请一块映射内存,映射父进程的用户层数据,来进行读取访问父进程的用户空间(读时共享)。在需要修改数据时,会将父进程的数据复制到子进程,对复制的数据进行修改(写时复制)。

读时共享,写时复制

写复制机制对父子进程都有效,父进程修改映射数据也要进行复制操作。

关于多次执行fork,进程创建数量

有一个父进程,连续调用n次函数,那么这个过程一共创建了多少子进程?

答:2n-1个。创建出来的子进程执行当前后的函数体代码。

如果是下面这种情况呢?

 

的返回值是有0的,所以这种情况下需要考虑返回值

初始状态:

表示初始的父进程。

第一步:

调用 创建一个新的子进程 。

现在有两个进程: 和 。

第二步:

和 分别执行这行代码。

1、第一个

和 各自调用 ,每个进程创建一个新子进程。

新进程分别是 和 。

现在有 4 个进程:, , , 。

2、第二个 (在 之后):

只有在前一个 返回非零值时才会执行(即在父进程中执行)。

这意味着 和 将各自再执行一次 。

新进程分别是 和 。

现在有 6 个进程:, , , , , 。

3、第三个 (在 之后):

只有当 结果为假时才会执行(即在没有新进程的情况下执行)。

现有的 4 个进程 , , , 将执行 。

新进程分别是 , , , 。

现在有 10 个进程:, , , , , , , , , 。

第三步:

每个现有的进程(, , , , , , , , , )再调用一次 。

每个进程再创建一个新的子进程。

新进程分别是 到 。

现在总共有 20 个进程。

经过这三行代码,总共创建了 19 个新的子进程(加上原来的 1 个父进程,总共是 20 个进程)。

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