0201 Linux进程fork方式详解

​专栏内容：

postgresql使用入门基础手写数据库toadb并发编程

个人主页：我的主页

管理社区：开源数据库

座右铭：天行健，君子以自强不息；地势坤，君子以厚德载物.

文章目录

0201 Linux进程fork方式详解一、概述 二、创建进程 2.1 测试程序 2.2 查看进程信息

三、进程内存空间 3.2 变量空间用例 3.2 验证分析

四、总结 结尾

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。

<code>/*

* ex020101_fork.c

*/

#include <stdio.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <errno.h>

#include <string.h>

int main(int argc ,char *argv[])

{

int pid = -1;

pid = fork();

if(pid == 0)

{

// in child

printf("here in child ,my pid is %d\n", getpid());

sleep(10);

}

else if(pid > 0)

{

// in parent

printf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n", getpid(), pid);

sleep(10);

}

else

{

// error

printf("fork error[%s]\n",strerror(errno));

}

return 0;

}

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 56657 55956 0 08:28 pts/0 00:00:00 ./ex020101

senllang 56658 56657 0 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>

#define MAX_PROMPT_LEN 64

int g_flag = 1;

int main(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 child

printf("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);

}

else if(pid > 0)

{

// in parent

printf("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

{

// error

printf("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);

return 0;

}

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

非常感谢大家的支持，在浏览的同时别忘了留下您宝贵的评论，如果觉得值得鼓励，请点赞，收藏，我会更加努力！

作者邮箱：study@senllang.onaliyun.com

如有错误或者疏漏欢迎指出，互相学习。

注：未经同意，不得转载！