【linux 多进程并发】0202 Linux进程fork之后父子进程间的文件操作有着相同的偏移记录，多进程操作文件的方法

0202 Linux进程资源

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一、概述

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进程启动之后，除了占用内存资源之外，在进程中还会打开文件，共享内存，网络套接字等与内核对象关联的资源，

这些资源在子进程中如何处理呢？

本节以文件为例，分析父子进程间对于与内核相关联的资源的处理情况，并使用代码实例进行演示。

二、资源创建场景

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在使用fork创建子进程的时刻，对资源的使用大致分为两类情况：

1. 也可能是运行了一段程序，初始化很多资源；然后再创建多进程任务；

此时，子进程会继承父进程创建的资源；
同时，要在子进程中关闭和释放不再使用的资源，否则会产生资源泄漏；

2. 也可能是刚开始运行，先创建多任务，然后根据不同任务的分工不同，再初始化各自的资源；

此时，各子进程中没有继承的资源；

在第一类场景下，对于关联内核对象的资源，继承后的特性也会与单进程使用有一定区别，下面通过案例来分析一下。

三、资源在子进程中创建

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资源在fork之后创建，也就是在子进程中创建。

这种情况与我们常规编写一个main函数中创建类似，也就是单进程程序一样，各子进程间互相独立，没有联系。

3.1 示例代码

• 下面通过一段测试代码来演示一下：

/** ex020104_forkafter.c*/
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <errno.h>
#include <string.h>typedef struct Info
{int pid;int seg;
}Info;FILE *fp = NULL;
int segno = 0;void OpenFile(char *path);
void CloseFile();
void ReadFile();
void WriteFile();int main(int argc ,char *argv[])
{int pid = -1;pid = fork();if(pid == 0){OpenFile("test");// in child printf("here in child ,my pid is %d\n", getpid());WriteFile();sleep(5);WriteFile();sleep(5);WriteFile();}else if(pid > 0){OpenFile("test");// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n", getpid(), pid);sleep(3);ReadFile();sleep(5);ReadFile();sleep(5);ReadFile();}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}CloseFile();return 0;
}

在创建子进程之后，父子进程中同时打开test文件，进行以下步骤：

1. 子进程从文件头写入结构体数据；
2. 父进程从文件头读一个结构体大小的数据；
3. 然后子进程在上次偏移位置继续写入结构体大小的数据；
4. 接着父进程从自己的偏移位置处读入结构体数据；
5. 继续一次步骤3和4；
6. 在进程结束时，关闭文件。

公共的文件操作函数

为了方便多次测试，将打开文件，关闭文件，读写文件编写为公共函数。

void OpenFile(char *path)
{if(NULL == path)return;fp = fopen(path, "w+");if(NULL == fp){printf("open file %s error!\n", path);}return;
}void CloseFile()
{if(NULL != fp)fclose(fp);
}void ReadFile()
{Info rinfo = {0};int pos = 0;if(NULL == fp)return ;/* data read from current position record by the fp. */pos = ftell(fp);fread(&rinfo, sizeof(rinfo), 1, fp);	printf("[%d] read from %d, context(%d, %d) \n", getpid(), pos, rinfo.pid, rinfo.seg);
}void WriteFile()
{Info winfo = {0};int pos = 0;if(NULL == fp)return ;winfo.seg = segno++;winfo.pid = getpid();/* data read from current position record by the fp. */pos = ftell(fp);fwrite(&winfo, sizeof(winfo), 1, fp);	fflush(fp);printf("[%d] write to %d, context(%d, %d) \n", getpid(), pos, winfo.pid, winfo.seg);
}

3.2 进程独立验证

• 编译运行：

[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020104_forkafter.c -o extest
[senllang@hatch ex_0201]$ ./extest
here in parent, my pid 802470, child pid is 802471
here in child ,my pid is 802471
[802471] write to 0, context(802471, 0)
[802470] read from 0, context(802471, 0)
[802471] write to 8, context(802471, 1)
[802470] read from 8, context(802471, 1)
[802471] write to 16, context(802471, 2)
[802470] read from 16, context(802471, 2)

• 结果分析

• 可以看到进程802471从文件偏移为0处开始写入数据；
• 而父进程802470也是从偏移为0处读数据；
• 两个进程的偏移都是各自计数，互相独立；文件偏移记录在内核文件表项中；

四、程序启动时资源创建

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如果在程序启动时创建文件，也就是在fork之前创建，子进程会继承之前创建的文件句柄。

在这种情况下，会出现什么样的情况呢？

4.1 示例代码

/** ex020103_forkresource.c*/
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>#include <errno.h>
#include <string.h>typedef struct Info
{int pid;int seg;
}Info;FILE *fp = NULL;
int segno = 0;void OpenFile(char *path);
void CloseFile();
void ReadFile();
void WriteFile();int main(int argc ,char *argv[])
{int pid = -1;OpenFile("test");pid = fork();if(pid == 0){// in child printf("here in child ,my pid is %d\n", getpid());WriteFile();sleep(5);WriteFile();sleep(5);WriteFile();}else if(pid > 0){// in parentprintf("here in parent, my pid %d, child pid is %d\n", getpid(), pid);sleep(3);ReadFile();sleep(5);ReadFile();sleep(5);ReadFile();}else{// errorprintf("fork error[%s]\n",strerror(errno));}CloseFile();return 0;
}

这段代码与前例类似，只是将创建文件放在了fork之前，

也就是FILE *fp 在主程序中先被初始化了，然后创建了子进程，在子进程中引用了一模一样的内容，类似于拷备了一份。

4.2 共用内核对象

• 编译运行

[senllang@hatch ex_0201]$ gcc ex020103_forkresource.c -o extest1
[senllang@hatch ex_0201]$ ./extest1
here in parent, my pid 803877, child pid is 803878
here in child ,my pid is 803878
[803878] write to 0, context(803878, 0)
[803877] read from 8, context(0, 0)
[803878] write to 8, context(803878, 1)
[803877] read from 16, context(0, 0)
[803878] write to 16, context(803878, 2)
[803877] read from 24, context(0, 0)

可以看到很有意思的现象：

• 在子进程803878中，在文件偏移0处写入，之后偏移变为8；
• 而之后父进程803877开始读时，文件偏移为8，并没有从0开始；
• 接着子进程803878又从偏移8处写入数据，之后偏移变为16；
• 而父进程803877读偏移也变成了16；
• 后面一次，也是父进程中文件偏移，与子进程中文件偏移相互联系；

总结

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好了，到这里，子进程是父进程的拷贝有了更加深入的理解，这里像编程语言中的深拷贝与浅拷贝的关系。

而子进程其实是做了一些浅拷贝，引用的内核文件表项还是一份，这就会引起两个进程共同操作的问题。

在这种情况下，每次操作需要加锁，同时要指定操作的位置和大小。

结尾

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