浅谈 Linux fork 函数

前言

本篇介绍 fork 函数。

fork 基本概念

pid_t fork(void)

fork 的英文含义是"分叉"，在这里就是 创建子进程。

返回值：
	失败：-1
	成功，两个返回值：
		如果当前进程是 父进程，则返回子进程的 id
		如果当前进程是 子进程，返回 0，返回 0 也表示创建子进程成功
		
	可以通过 fork 的返回值判断当前进程是 父进程 还是 子进程。

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是的，你没有看错，fork 有两个返回值，这属实有点逆天。

那么 fork 的两个返回值有什么用呢 ？

不着急回答，我们先图解一下 fork：

左侧是 a 文件中的代码，在 fork 函数前有一堆代码，在 fork 函数后有两行。
在执行 fork() 后，创建了一个子进程(右图)，子进程拥有和父进程一样的代码。【其实是不完全一样的，本篇是"浅谈"，所以不搞复杂了】

重点来了：

1. 子进程拥有和父进程一样的代码。
2. 子进程会和父进程一起执行后续的代码。

如果只想让父进程执行 代码1，子进程执行 代码2，该怎么做呢？
这里 fork 的返回值就派上用场了，fork 的返回值就是用来区分父、子进程，为父、子进程指定不同的业务，具体实现会在"代码演示"中介绍。

代码演示

关于 fork 的概念没什么可说的，直接结合代码，更深入的理解 fork 吧。

示例1：体会 fork 函数返回值的作用

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

int main() {
        int pid ;
        printf("AAA\n\n");
        pid = fork();

        if(pid > 0) {

                printf("开始执行父进程的代码\n");
                printf("I'm parent, my id %d .\n", getpid());
                printf("父进程的代码执行完毕.\n\n");

        } else if(pid == 0) {

                printf("开始执行子进程的代码\n");
                printf("I'm child. my id: %d\n", getpid());
                printf("子进程的代码执行完毕.\n\n");
        }

        printf("BBB.\n");
}

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【非常重要】我们分析以上的输出结果：
① 两个分支都执行了，这证明 fork 返回了两个值，父、子进程会各自进入条件逻辑中执行自己的代码。
② “BBB” 被输出了两次，这说明 父、子进程都会执行 fork 函数后面的代码，只有在遇到条件逻辑时，父子进程 才会执行各自的代码。
③ 通过 fork 的返回值，可以区分 父、子进程，从而为 父、子进程 分配不同的业务逻辑。
④ fork 之后 父进程 和 子进程 的执行顺序不确定，这取决于内核所使用的调度算法。【这点没体现出来，但是得知道】

到此，fork 的返回值就解释完了。

我们最后再通过创建多进程来加深对 fork 函数的理解。

示例2：创建多进程，加深对 fork 函数的理解

我们知道，创建进程使用的是 fork 函数，那么创建多进程自然就是循环调用 fork 函数了。

最容易想到的是下面这样：

    for(i=0; i<5; i++) {
        // 创建 5 个进程
        pid = fork();
		if(pid > 0){
			printf("我是第 %d 个 子进程.\n", i);
		}
    }
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你仔细想想，这对吗？
我们运行一下：

原因就是上面提到过的第 ② 句： " 父、子进程都会执行 fork 函数后面的代码，只有在遇到条件逻辑时，父子进程 才会执行各自的代码 "。

也就是说父进程在创建出子进程后，子进程也会继续执行 for 里面的语句，这就会导致子进程继续创建 子子进程，子子进程 也会继续执行 for 里面的语句，然后以此类推，子子进程，再创建 子子子进程 …

要解决这个问题，就是创建出子进程后，让子进程执行完逻辑后就马上退出 for 循环，不要继续创建 子子进程。

正确逻辑如下：

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

int main() {
        int pid, i;

        for(i=0; i<5; i++) {
                // 创建 5 个进程
                pid = fork();
                if(pid == 0){
                        printf("我是第 %d 个 子进程, pid: %d\n", i, getpid());
                        break;  // 直接让子进程跳出循环
                }
                sleep(1);  // 让进程的输出变得有序
        }
        return 0;
}
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题外话：
因为当前示例只是为了演示多进程的创建，加深对 fork 函数的理解，所以采用了 break 的方式假装结束子进程的运行，实际上子进程只是跳出 for 循环，子进程还是会继续运行 for 之外后续的语句，但是 for 之外没有后续语句了，子进程就执行完毕，所以这看起来是 break 后子进程就结束了。

实际上结束进程应采用特定的函数，由于本篇只是 “浅谈”，让读者专注于最核心的部分，所以就不扯多了。