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Linux系统调用fork()用法详解

时间:2015/6/28来源:IT猫扑网作者:网管联盟我要评论(0)

  这学期在学操作系统,老师布置了一个关于进程的实验题,是在linux系统中实现的,其中有涉及到fork()函数的调用,恰好我研究Ubuntu 也有一段时间了,就了解了下fork()函数,下面把自己实验的一点心得贴上来,也希望能帮到各位初学者(我也是个初学者)。

  先看下我在网上搜索到的一篇文章,至于原作者找不到了,望谅解。如下:

  1. 先看下面代码:

  #include<stdio.h>

  #include <sys/types.h>    //pid_t类型定义

  #include <unistd.h>  //函数fork(),getpid()定义

  void main ()

  {

  pid_t pid;

  pid=fork();

  if (pid < 0)

  printf("error in fork!");

  else if (pid == 0)

  printf("i am the child process, my process id is %d\n",getpid());

  else

  printf("i am the parent process, my process id is %d\n",getpid());

  }

  要搞清楚fork的执行过程,就必须先讲清楚操作系统中的"进程(process)"概念。

  一个进程,主要包含三个元素:

  o. 一个可以执行的程序;

  o. 和该进程相关联的全部数据(包括变量,内存空间,缓冲区等等);

  o. 程序的执行上下文(execution context)。

  不妨简单理解为,一个进程表示的就是一个可执行程序的一次执行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理,典型的情况,是通过进程表完成的。进程表中的每一个表项,记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单 CPU的情况而言,每一特定时刻只有一个进程占用 CPU,但是系统中可能同时存在多个活动的(等待执行或继续执行的)进程。

  一个称为"程序计数器(program counter, pc)"的寄存器,指出当前占用 CPU的进程要执行的下一条指令的位置。当分给某个进程的 CPU时间已经用完,操作系统将该进程相关的寄存器的值,保存到该进程在进程表中对应的表项里面;把将要接替这个进程占用 CPU的那个进程的上下文,从进程表中读出,并更新相应的寄存器(这个过程称为"上下文交换(process context switch)",实际的上下文交换需要涉及到更多的数据,那和fork无关,不再多说,主要要记住程序寄存器pc指出程序当前已经执行到哪里,是进程上下文的重要内容,换出 CPU的进程要保存这个寄存器的值,换入CPU的进程,也要根据进程表中保存的本进程执行上下文信息,更新这个寄存器)。

  好了,有这些概念打底,可以说fork了。当你的程序执行到下面的语句:

  pid=fork();

  操作系统创建一个新的进程(子进程),并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序;上下文和数据,绝大部分就是原进程(父进程)的拷贝,但它们是两个相互独立的进程!此时程序寄存器pc,在父、子进程的上下文中都声称,这个进程目前执行到fork调用即将返回(此时子进程不占有CPU,子进程的pc不是真正保存在寄存器中,而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内)。问题是怎么返回,在父子进程中就分道扬镳。

  父进程继续执行,操作系统对fork的实现是,这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid(一个正整数),所以下面的if语句中pid<0, pid==0的两个分支都不会执行。所以输出i am the parent process...子进程在之后的某个时候得到调度,它的上下文被换入,占据 CPU,操作系统对fork的实现,使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程(注意这不是父进程了哦,虽然是同一个程序,但是这是同一个程序的另外一次执行,在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的,从执行的角度说和父进程相互独立)中pid=0,所以输出 i am the child process...

  我想你比较困惑的就是,为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了。在一个程序的一次执行中,这当然是不可能的;但是你看到的两行输出是来自两个进程,这两个进程来自同一个程序的两次执行。

  下面是我的一点心得,关于子进程的调用点问题,如下:

  2. 子进程的调用点详解

  子进程是从fork()函数开始执行的。范例:

  #include<stdio.h>

  #include <sys/types.h>    //pid_t类型定义

  #include <unistd.h>  //函数fork(),getpid()定义

  void main()

  {

  pid_t p1,p2;

  p1=fork();

  if(p1<0)

  printf("error in fork!");

  else if (p1 == 0)

  printf("child process pid: %d\n",getpid());

  else

  printf("parent process pid: %d\n",getpid());

  p2=fork();

  if(p2<0)

  printf("error in fork!");

  else if (p2 == 0)

  printf("child process pid: %d\n",getpid());

  else

  printf("parent process pid: %d\n",getpid());

  }

#p#副标题#e#

  上述程序的编译执行结果如下:

  jenner@Intrepid:~/Desktop$ gcc 01.c -o 01

  jenner@Intrepid:~/Desktop$ ./01

  child process pid: 14844

  child process pid: 14845

  parent process pid: 14844

  parent process pid: 14843

  child process pid: 14846

  parent process pid: 14843

  注释:最初的43号进程执行两个fork(),输出两个parent43,并产生子进程44号和45号;

  44号进程从第一个fork()函数开始执行,输出child44,调用第二个fork(),输出parent44,并产生子进程46号;

  45号进程从第二个fork()函数开始执行,输出child45;

  46号进程从第二个fork()函数开始执行,输出child46;

  至此程序结束。

  注意:以上过程不是程序的先后运行过程,那六个输出的先后顺序是不确定的!

  程序中所有进程的父子关系如下:

  父进程43  ---子进程44

  ---子进程的子进程46

  ---子进程45

  其中44号进程既是43号进程的子进程,又是46号进程的父进程。

  以上是我的一些心得,看着可能有点绕口,耐心点,我也研究了好久呢,如果你看懂了,fork()函数也就算基本理解了!

  顺便也把老师布置的作业题也贴上来吧,呵呵,如下:

  3. 题目:进程的创建:编制一段程序,使用系统调用fork( )创建两个子进程,这样在此程序运行时,在系统中就有一个父进程和两个子进程在活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符:父进程显示字符a,子进程分别显示字符 b和字符c。试观察、记录并分析屏幕上,进程调度的情况。

  代码如下:

  #include<stdio.h>

  #include <sys/types.h>

  #include <unistd.h>

  void main()

  {

  pid_t p1,p2;

  p1=fork();

  if(p1<0)

  printf("error in fork!\n");

  else if (p1 == 0)

  printf("child process b\n");

  else

  {

  p2=fork();

  if(p2<0)

  printf("error in fork!\n");

  else if (p2 == 0)

  printf("child process c\n");

  else

  printf("parent process a\n");

  }

  }

关键词标签:Linux

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