进程管理之fork函数

2023-11-24 11:47:28

fork函数的定义

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

pid_t fork(void);

fork函数在父进程中返回子进程的pid，在子进程中返回0。注意在子进程中返回的0，并不是子进程的pid，子进程的pid在父进程的返回值中保存。而子进程的返回值是为了标识它是子进程，用来区分父子进程的。那么为什么这样设计父子进程的返回值呢？我的理解是这样的：第一，对于父进程来说，它可能同时有多个子进程，并且没有一个函数可以获得所有子进程的pid，所以它需要知道每个子进程的pid，这样便于管理各个子进程；第二，对于子进程来说，它父进程只能有一个，所以它可以不必实现和父进程类似的机制，获取父进程的pid，它可以通过getpid函数获取父进程的pid。而在内核中，进程pid为0，总是在内核交换进程时使用，所以进程的真实pid不可能为0。

资源相关问题

读时共享，写时复制

fork函数并不是在被调用时，为子进程copy一份父进程的副本，而是将父进程数据段、堆区和栈区的权限改变为只读。当父子进程中任何一个进程要修改该区域的值时，内核只会为修改区域的那块内存制作一个副本，通常是虚拟内存中的一页。这样的机制无需copy所有的父进程资源（这些资源在子进程中不一定有用），提高了程序的效率。但要注意，父子进程共享代码段。

复制的资源

能够复制fork函数会复制数据段、堆区和栈区的资源
能够复制参数表和环境表
能够复制各个ID，但不包括PID
不能够继承文件锁

1）数据段、堆区、栈区、参数表和环境表和上文说的一样，遵循读时共享，写时复制的机制；

2）环境表中只能改变其本身进程和其子进程的环境变量，无法改变其父进程的环境变量；

3）像是实际用户ID、实际组ID、有效用户ID、有效组ID、进程组ID和附属ID，这些都是进程的属性，所以存在于PCB中，每个进程都有自己的PCB节点，其中部分数据是继承父进程的。当然pid不会。

4）对于文件锁，子进程是不会被继承的。子进程虽然复制了文件描述符表，但都指向同一个文件表，当然了，文件表也就指向了同一个i节点。在i节点中保存着和文件锁相关的链表头节点（struct lockf）的地址。i节点资源不属于进程资源，而是文件资源，所以不会继承文件锁。

调用使用

常见使用方法

if...else结构：最常见的使用方法，很简单。
和管道结合使用：主要用来父子进程间通信，使用时要注意，子进程会复制父进程的管道文件描述符，因此，都可以对对管道进行读写操作。需要注意的是，在使用管道这个临界资源时，不要忘记在软件逻辑上避免进程饥饿现象的产生。
子进程的管理：别忘了了父进程能返回子进程的pid。当有多个子进程时，如果会用到各个子进程的pid的话，不要只是定义一个 pid_t pid

的变量。这样的话，只能管理一个子进程哟！

避免僵尸进程的方法

使用wait和waitpid函数：阻塞等待子进程结束，回收进程表资源
安插信号：利用signal函数安插SIGCHLD信号。因为在子进程结束后，父进程会收到该信号。再自己写个回调函数，在函数中调用wait或waitpid函数，回收进程表资源；如果父进程对子进程结束不感兴趣，则可以利用“signal(SIGCHLD,SIG_IGN)”，将回收子进程资源的工作交给内核来做；但要注意，SIGCHLD信号是传统的不可靠信号，信号处理函数执行期间会暂时阻塞，因此，在这期前，如果又有了SIGCHLD信号，则会被抛弃，即无法处理多个SIGCHLD信号。所以信号处理函数的正确写法是：

void handler(int signs)

{

    int tmp_errno=errno;

    while(waitpid(-1,&status,WNOHANG)>0)

    {

        //处理返回信息

    }

    errno=tmp_errno;

}

但仍要注意的是，当waitpid返回值为-1时，会改变全局变量errno的值，如果这是在主程序中检测errno的值时，就很有可能发生冲突。因此，在进入信号处理函数之前要保存errno 的值，最后再回复errno的值。

利用孤儿进程的机制：在创建的子进程中在调用fork函数，创建一个孙子进程，然后子进程终止，那么孙子进程就会被init进程收养。再当孙子进程结束时，回收进程资源的工作就交由了init进程去做。当然，有人会问，那么子进程结束后它的进程资源谁去回收？我说，那当然是父进程回收。这个时候能用父进程去回收子进程资源，是因为这是父子进程已经不在时异步的关系了。换句直白点的话说就是，父进程知道子进程在不久的将来一定会结束。回头想想，安插信号的方法的本质，不就是通过信号捕捉，确定了子进程会在不久的将来会结束吗？即在调用wait和外套pid时，不会阻塞等待很长时间就能返回，不会影响父进程自身的工作。

注意：安插信号和利用孤儿进程的机制来避免僵尸进程的方法，不仅仅能避免僵尸进程，还能不影响父进程本身的工作任务，这一点是非常有用的。

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