Linux进程——进程的创建(fork的原理)

前言：在上一篇文章中，我们已经会使用getpid/getppid函数来查看pid和ppid,本篇文章会介绍第二种查看进程的方法，以及如何创建子进程！

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本篇主要内容：

• 查看进程的第二种方法
• 创建子进程
• 系统调用函数fork

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在开始前，我先来回顾一下如何获取pid，ppid

进程要想区分就一定会有唯一的标示符，而pid，ppid初始化后就变为内核中的数据，也就是操作系统里的数据，在我们自己开发时，操作系统不会将内部数据暴露出来，不能直接访问，所以通过系统调用接口直接获取pid，ppid。

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1. 查看进程的第二种方法

在Linux系统中，不只有ps能够查看进程，还存在着一个动态目录proc，该目录存放了所有存在的进程，目录的名称。它会随着进程的改变而随时更新它的内容!

查看所有进程：
指令：ls /proc/

查看指定pid的进程文件：
指令：ls /proc/进程pid

如果想只查看这个目录我们可以：
指令：ls /proc/进程pid -dl

proc查看进程

当我们结束这个进程时，文件也会从proc中被删除

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误删可执行程序时

在看完这个视频后，我们发现当我们在程序运行时，误删了可执行程序，进程不会被终止，但是在proc目录中的exe被标红并注明delete

在自行创建的进程中，我们只需要掌握好两个文件cwd和exe

• cwd代表当前工作目录
• exe指向可执行程序的位置

默认情况下，进程启动所处的路径，就是当前路径，pwd指令其实就是从cwd中找到当前路径的!

当前工作目录是可以通过系统调用进行修改的：
指令：chdir ( " 路径 " )

我们只需要在代码编写时，加入这条指令我们就能更改当前工作目录

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2. 创建子进程

2.1 系统调用函数fork

在Linux中，进程的创建方式有两种：

• 命令行中直接启动进程
• 通过代码创建

而在用代码创建进程时，实则是进行了系统调用，这里我们就得在学习一个系统调用函数fork!

函数：fork

让我们来简单用man指令了解fork函数信息

fork的功能是创建一个子进程
让我们来简单实现以下fork

我们发现在fork之后函数printf调用了两次！！！

我们再来看看进程的ppid

• 说明了一个情况:fork之后,会创建子进程，并且子进程会和父进程一起进入后面的函数并且分别执行一次

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2.2 fork的一般写法

结合目前: 只有父进程执行fork之前的代码(一定)，fork之后，父子进程都要执行后续的代码!

• 因此我们推断fork函数不仅会帮我们创建子进程而且它还有两个返回值，fork成功的时候，会有两个不同的返回值，给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid。

首先我们来思考以下问题：

那么我们为什么要创建子进程？子进程的作用是啥？

• 我们想让子进程协作父进程完成一些工作，这些工作是单进程解决不了的，因此子进程的创建是为了协助父进程，因此父子进程做的是不一样的事情

我们怎么保证父子进程做的是不一样的事情呢？

• 我们可以通过判断fork的返回值，判断谁是父，谁是子，然后让他们执行不同的代码片段

让我们来看一下fork的一般写法

  1 #include<stdio.h>2 #include<sys/types.h>3 #include<unistd.h>4 5 int main()6 {7     printf("i am a process, 我的pid: %d\n", getpid());8 9 10     pid_t id = fork();11                                                                               12     if(id < 0) return 1;13 14     else if(id == 0)15     {16         // child17         while(1)18         {19             printf("我是子进程: pid: %d, ppid: %d, ret: %d, 我正在执行下载任务    \n",getpid(),getppid(),id);20             sleep(1);21         }22     }23 24     else25     {26         // parent27         while(1)28         {29             printf("我是父进程: pid: %d, ppid: %d, ret: %d, 我正在执行播放任务    \n",getpid(),getppid(),id);30             sleep(1);31         }32     }33 }

我们可以看到明明我们的fork只使用了一个变量接收但是出现了两个返回值

2.3 fork的原理

关于fork这个函数的原理，我们依然抛出几个问题

1. fork干了什么事情？
2. 为什么fork会有两个返回值？
3. 为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？
4. fork之后父子进程谁先运行？
5. 如何理解同一个变量会有不同的值？

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fork干了什么事情？

fork创建子进程，系统中会多一个子进程

• 以父进程为模板，为子进程创建PCB
• 但是你今天创建的子进程，是没有代码和数据的!!!目前和父进程共享代码和数据!!
• 所以，fork之后，父子进程会执行一样的代码

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为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？

在用进程中，一个父进程可能会有多个子进程，但是子进程永远都只有一个父进程，所以父 ：子 只会是 1 ：n，为了能够更好的管理这些子进程，就必须返回具有唯一性的pid。但是子进程会很容易找到父进程，所以返回0表示成功即可！！

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fork之后父子进程到底谁先运行？

创建完成子进程，只是一个开始，创建完成子进程之后，系统的其他进程，父进程和子进程，接下来要被调度执行的，当父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队的时候，哪一个进程的PCB先被选择调度，那个进程就先运行!!

• 但是PCB的选择调度是由操作系统自主决定(由各自PCB中的调度信息(时间片，优先级等)+调度器算法共同决定)
• 所以我们不确定父子进程到底谁先运行

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最后为什么fork会有两个返回值？

如果一个函数到达了return,那么他的核心工作是否完成？

• 答案很显然是的，所以。。。

最后在fork之后代码共享，所以return也会被共享进入父子进程，并在父子进程中分别执行，所以在fork函数return之前，父子进程就已经分流，因此就会产生两个返回值！

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如何理解同一个变量会有不同的值？

同一个函数有两个返回值是因为fork后两个进程都被调度了，但是同一个变量会有不同的值？该如何理解？

首先我们思考一下，如果我们杀掉子进程，父进程还会存在嘛？杀掉父进程呢？

分析父子进程是否独立

由此，我们可以得出结论：进程之间运行的时候，是具有独立性的，杀掉父进程不会影响子进程！反之也是！

• 进程的独立性，首先是表现在有各自的PCB进行之间不会互相影响，代码本身是只读的，不会影响，数据父子是会修改的!代码共享，数据各个进程都会写时拷贝私有一份!
• 变量id是父进程定义的变量，保存数据，返回的时候发生写时拷贝，不同
  的进程执行的代码中的变量id获取的值不同，所以id在父进程和子进程中值不同

3. 总结

fork函数的内容远不只有这么一点，但是理解这五个问题能快速帮助我们，简单理解这个函数，了解fork的原理！关于如何创建子进程我们就讲到这里！

谢谢大家支持本篇到这里就结束了