C语言的fork函数在Linux中的进程操作及相关面试题讲解

fork的意义

下图为,C 程序的存储空间布局(典型)

1.一个现有进程可以调用 fork 函数创建一个新进程。
2.fork 函数被调用一次,但返回两次, 两次返回的唯一区别是子进程的返回值是 0, 而父进程的返回值是新子进程的 PID。
3.子进程和父进程继续执行 fork 调用之后的指令。
在上图的存储空间布局中,父子进程只共享正文段,其余的都各自有独立的副本 (通常使用 copy-on-write 的策略,速度比较快)。

fork 的两种用法
1.父子进程同时执行不同的代码段
典型应用:Web 服务器。
以下代码是简单的 fork 父子进程分别执行不同的代码:

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#define err_sys(x) do { perror(x); exit(1); } while (0)

void invoke_child(char ch)
{
  printf("%c\n", ch);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  pid_t  pid;

  int   cnt = 3;
  char  arg[] = "abc";
  while(cnt--) {
    if ((pid = fork()) < 0) {
      err_sys("Fork error");
    } else if (pid == 0) {
      invoke_child(arg[cnt]);
      exit(0);
    }
  }

  return 0;
}

2.一个进程要执行一个不同的程序
典型应用:Shell。
这里就不举例子了~

关于fork的一道面试题
题目:请问下面的程序一共输出多少个“-”?

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
  int i;
  for(i=0; i<2; i++){
   fork();
   printf("-");
  }

  return 0;
}

如果你对fork()的机制比较熟悉的话,这个题并不难,输出应该是6个“-”,但是,实际上这个程序会很tricky地输出8个“-”。

要讲清这个题,我们首先需要知道fork()系统调用的特性,

1.fork()系统调用是Unix下以自身进程创建子进程的系统调用,一次调用,两次返回,如果返回是0,则是子进程,如果返回值>0,则是父进程(返回值是子进程的pid),这是众为周知的。

2.还有一个很重要的东西是,在fork()的调用处,整个父进程空间会原模原样地复制到子进程中,包括指令,变量值,程序调用栈,环境变量,缓冲区,等等。

所以,上面的那个程序为什么会输入8个“-”,这是因为printf(“-”);语句有buffer,所以,对于上述程序,printf(“-”);把“-”放到了缓存中,并没有真正的输出(参看《C语言的迷题》中的第一题),在fork的时候,缓存被复制到了子进程空间,所以,就多了两个,就成了8个,而不是6个。

另外,多说一下,我们知道,Unix下的设备有“块设备”和“字符设备”的概念,所谓块设备,就是以一块一块的数据存取的设备,字符设备是一次存取一个字符的设备。磁盘、内存都是块设备,字符设备如键盘和串口。块设备一般都有缓存,而字符设备一般都没有缓存。

对于上面的问题,我们如果修改一下上面的printf的那条语句为:

printf("-n");

或是

printf("-");
fflush(stdout);

就没有问题了(就是6个“-”了),因为程序遇到“n”,或是EOF,或是缓中区满,或是文件描述符关闭,或是主动flush,或是程序退出,就会把数据刷出缓冲区。需要注意的是,标准输出是行缓冲,所以遇到“n”的时候会刷出缓冲区,但对于磁盘这个块设备来说,“n”并不会引起缓冲区刷出的动作,那是全缓冲,你可以使用setvbuf来设置缓冲区大小,或是用fflush刷缓存。

我估计有些朋友可能对于fork()还不是很了解,那么我们把上面的程序改成下面这样:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(void)
{
  int i;
  for(i=0; i<2; i++){
   fork();
   //注意:下面的printf有“n”
   printf("ppid=%d, pid=%d, i=%d n", getppid(), getpid(), i);
  }
  sleep(10); //让进程停留十秒,这样我们可以用pstree查看一下进程树
  return 0;
}

于是,上面这段程序会输出下面的结果,(注:编译出的可执行的程序名为fork)

ppid=8858, pid=8518, i=0
ppid=8858, pid=8518, i=1
ppid=8518, pid=8519, i=0
ppid=8518, pid=8519, i=1
ppid=8518, pid=8520, i=1
ppid=8519, pid=8521, i=1
$ pstree -p | grep fork
|-bash(8858)-+-fork(8518)-+-fork(8519)---fork(8521)

面对这样的图你可能还是看不懂,没事,我好事做到底,画个图给你看看:

注意:上图中的我用了几个色彩,相同颜色的是同一个进程。于是,我们的pstree的图示就可以成为下面这个样子:(下图中的颜色与上图对应)

这样,对于printf(“-”);这个语句,我们就可以很清楚的知道,哪个子进程复制了父进程标准输出缓中区里的的内容,而导致了多次输出了。(如下图所示,就是我阴影并双边框了那两个子进程)

(0)

相关推荐

  • Linux中使用C语言的fork()函数创建子进程的实例教程

    一.fork入门知识 一个进程,包括代码.数据和分配给进程的资源.fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程,也就是两个进程可以做完全相同的事,但如果初始参数或者传入的变量不同,两个进程也可以做不同的事. 一个进程调用fork()函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间.然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同.相当于克隆了一个自己.   我们来看一个例子: #include <unistd.h> #include &

  • Linux 编程之进程fork()详解及实例

    Linux fork()详解: 在开始之前,我们先来了解一些基本的概念: 1. 程序, 没有在运行的可执行文件 进程,  运行中的程序 2. 进程调度的方法: 按时间片轮转       先来先服务      短时间优先      按优先级别 3. 进程的状态: 就绪   ->>   运行  ->> 等待          运行 ->> 就绪 //时间片完了          等待 ->> 就绪 //等待的条件完成了 查看当前系统进程的状态 ps auxf s

  • 详解linux中fork、vfork、clone函数的区别

    在linux系统中,fork(),vfork()和clone函数都可以创建一个进程,但是它们的区别是什么呢???本文就这三者做一个较深入的分析!!! 1.fork() fork()函数的作用是创建一个新进程,由fork创建的进程称为子进程,fork函数调用一次返回两次,子进程返回值为0,父进程返回子进程的进程ID.我们知道,一个进程的地 址空间主要由代码段,数据段,堆和栈构成,那么p2就要复制相关的段到物理内存.原始的unix系统的实现的是一种傻 瓜式的进程创建,这些复制包括: (1) 为子进程

  • Linux下C语言的fork()子进程函数用法及相关问题解析

    fork fork()函数是linux下的一个系统调用,它的作用是产生一个子进程,子进程是当前进程的一个副本,它跟父进程有一样的虚存内容,但也有一些不同点. 但是,值得注意的是,父进程调用fork()后,fork()返回的是生成的子进程(如果能顺利生成的话)的ID.子进程执行的起点也是代码中fork的位置,不同的是下面这段C语言代码展示了fork()函数的使用方法: // myfork.c #include <unistd.h> #include <stdio.h> int mai

  • Linux中fork()函数实例分析

    一.fork 入门知识 一个进程,包括代码.数据和分配给进程的资源.fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程,也就是两个进程可以做完全相同的事,但如果初始参数或者传入的变量不同,两个进程也可以做不同的事. 一个进程调用fork()函数后,系统先给新的进程分配资源,例如存储数据和代码的空间.然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中,只有少数值与原来的进程的值不同.相当于克隆了一个自己. 我们来看一个例子: /* * fork_test.c * version 1 * C

  • 浅谈Linux环境下并发编程中C语言fork()函数的使用

    由fork创建的新进程被称为子进程(child process).fork函数被调用一次,但返回两次.子进程的返回值是0,而父进程的返回值则是新进程的进程ID.将子进程ID返回给父进程的理由是:因为一个进程的子进程可以有多个,并且没有一个函数使一个进程可以获得其所有子进程的进程ID.fork使子进程得到返回值0的理由是:一个进程只会有一个父进程,所以子进程总是可以调用getpid以获得其父进程的进程ID. 使fork失败的两个主要原因是:系统中已经有了太多的进程,或者该实际用户ID的进程总数超过

  • Linux 中fork的执行的实例详解

    Linux 中fork的执行的实例详解 先看看一段fork的程序 int main() { pid_t pid; 语句 a; pid = fork(); 语句 b; } 1.当程序运行到 pid = fork()时,这个进程马上分裂(fork的中文意思)成两个进程,我们称为父进程和子进程,子进程是父进程的副本,副本的意思是子进程把父进程的数据空间,堆和栈都复制一遍给自己用,这要求在内存给子进程分配和父进程同样大的存储空间,这样,父,子进程拥有相同的数据,但不会共享存储空间,他们只是共享正文段.

  • Linux系统中C语言编程创建函数fork()执行解析

    最近在看进程间的通信,看到了fork()函数,虽然以前用过,这次经过思考加深了理解.现总结如下: 1.函数本身 (1)头文件 #include<unistd.h> #include<sys/types.h> (2)函数原型 pid_t fork( void); (pid_t 是一个宏定义,其实质是int 被定义在#include<sys/types.h>中) 返回值: 若成功调用一次则返回两个值,子进程返回0,父进程返回子进程ID:否则,出错返回-1 (3)函数说明 一

  • 简单掌握Linux系统中fork()函数创建子进程的用法

    fork()函数用于从已存在的进程中创建一个新进程.新进程称为子进程,而园进程称为父进程.使用fork()函数得到的子进程是父进程的一个复制品,它从父进程处继承了整个进程的地址空间,包括进程的上下文.代码段.进程堆栈.内存信息.打开的文件描述符.符号控制设定.进程优先级.进程组号.当前工作目录.根目录.资源限制和控制终端等,而子进程所独有的只有它的进程号.资源使用和计时器等. 因为子进程几乎是父进程的完全复制,所以父子两进程会运行同一个程序.这就需要用一种方式来区分它们,并使它们照此运行,否则,

  • 使用C语言的fork()函数在Linux中创建进程的实例讲解

    在Linux中创建一个新进程的唯一方法是使用fork()函数.fork()函数是Linux中一个非常重要的函数,和以往遇到的函数有一些区别,因为fork()函数看起来执行一次却返回两个值. fork()函数用于从已存在的进程中创建一个新进程.新进程称为子进程,而园进程称为父进程.使用fork()函数得到的子进程是父进程的一个复制品,它从父进程处继承了整个进程的地址空间,包括进程的上下文.代码段.进程堆栈.内存信息.打开的文件描述符.符号控制设定.进程优先级.进程组号.当前工作目录.根目录.资源限

随机推荐