linux进程——父子进程（十三）_子进程pid

目录

一 什么是进程

1.1 进程概念

 1.2 获取进程PID号 —— getpid()

1.3 getppid()获取父进程PID号

二 fork()创建子进程

2.1 fork()函数原型：

2.2 使用示例 1使用 fork()创建子进程。

三 fork创建新进程时发生了什么事？

3.1 fork()函数之后，子进程会获得父进程所有文件描述符的副本

 3.2父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表 ——代码测试

四 linux 全拷贝和写实拷贝

4.1全拷贝：

4.2写实拷贝：

五 vfork()函数

5.1 vfork函数和fork函数的区别

5.2 vfork代码测试：

 5.3fork()代码测试

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一 什么是进程

1.1 进程概念

进程其实就是一个可执行程序的实例，可执行程序就是一个可执行文件，文件是一个 静态的概念，存放磁盘中，如果可执行文件没有被运行，那它将不会产生什么作用，当它被运行之后，它将 会对系统环境产生一定的影响，所以可执行程序的实例就是可执行文件被运行。

进程是一个动态过程，而非静态文件，它是程序的一次运行过程，当应用程序被加载到内存中运行之后 它就称为了一个进程，当程序运行结束后也就意味着进程终止，这就是进程的一个生命周期。

 1.2 获取进程PID号 —— getpid()

Linux 系统下的每一个进程都有一个进程号（process ID，简称 PID），进程号是一个正数，用于唯一标 识系统中的某一个进程。

在应用程序中，可通过系统调用 getpid()来获取本进程的进程号，其函数原型如下所示：

#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
pid_t getpid(void); 

应用代码测试：

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
 
int main(void) 
 
{ 
 pid_t pid = getpid(); 
 printf("本进程的 PID 为: %d\n", pid); 
 
 exit(0); 
 
} 

1.3 getppid()获取父进程PID号

除了 getpid()用于获取本进程的进程号之外，还可以使用 getppid()系统调用获取父进程的进程号，其函 数原型如下所示：

#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
pid_t getppid(void); 

返回值：返回父进程的PID号 

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
 
 
int main(void) 
 
{ 
 pid_t pid = getpid(); //获取本进程 pid 
 
 printf("本进程的 PID 为: %d\n", pid); 
 
 pid = getppid(); //获取父进程 pid 
 
 printf("父进程的 PID 为: %d\n", pid); 
 
 exit(0); 
 
} 

二 fork()创建子进程

一个现有的进程可以调用 fork()函数创建一个新的进程，调用 fork()函数的进程称为父进程，由 fork()函 数创建出来的进程被称为子进程（child process），fork()函数原型如下所示（fork()为系统调用）：

2.1 fork()函数原型：

#include <unistd.h> 
 
pid_t fork(void); 

返回值：

• 失败返回-1 不创建子进程，并设置 errno 
• 返回值为非负数为父进程
• 返回值为0时是子进程 

在诸多的应用中，创建多个进程是任务分解时行之有效的方法，譬如，某一网络服务器进程可在监听客 户端请求的同时，为处理每一个请求事件而创建一个新的子进程，与此同时，服务器进程会继续监听更多的 客户端连接请求。在一个大型的应用程序任务中，创建子进程通常会简化应用程序的设计，同时提高了系统 的并发性（即同时能够处理更多的任务或请求，多个进程在宏观上实现同时运行）。

理解 fork()系统调用的关键在于，完成对其调用后将存在两个进程，一个是原进程（父进程）、另一个 则是创建出来的子进程，并且每个进程都会从 fork()函数的返回处继续执行，会导致调用 fork()返回两次值， 子进程返回一个值、父进程返回一个值。在程序代码中，可通过返回值来区分是子进程还是父进程。 fork()调用成功后，将会在父进程中返回子进程的 PID，而在子进程中返回值是 0；如果调用失败，父进 程返回值-1，不创建子进程，并设置 errno。 fork()调用成功后，子进程和父进程会继续执行 fork()调用之后的指令，子进程、父进程各自在自己的进 程空间中运行。事实上，子进程是父进程的一个副本，譬如子进程拷贝了父进程的数据段、堆、栈以及继承 了父进程打开的文件描述符，父进程与子进程并不共享这些存储空间，这是子进程对父进程相应部分存储 空间的完全复制，执行 fork()之后，每个进程均可修改各自的栈数据以及堆段中的变量，而并不影响另一个进程。

2.2 使用示例 1使用 fork()创建子进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
 
int main()
{
	int pid =  fork(); //父进程的返回值pid为子进程的pid号，子进程的返回值为0
	switch (pid)
	{
		case -1:
			printf("fork error\n");
			break;
		case 0:
			printf("this is child ;PID = %d\n",getpid());
			break;
		default:
			printf("this is father;PID = %d\n",getpid());
			break;
	}
 
	return 0;
}

 从打印结果可知，fork()之后的语句被执行了两次，所以 switch…case 语句被执行了两次

• 第一次进入 到了"case 0"分支，表示进入子进程
• 第二次进入到了 default 分支，表示当前处于父进程

父进程的返回值pid为子进程的id号，子进程的返回值为0 

三 fork创建新进程时发生了什么事？

3.1 fork()函数之后，子进程会获得父进程所有文件描述符的副本

调用 fork()函数之后，子进程会获得父进程所有文件描述符的副本，这些副本的创建方式类似于 dup()， 这也意味着父、子进程对应的文件描述符均指向相同的文件表，如下图所示：

由此可知，子进程拷贝了父进程的文件描述符表，使得父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表，也意味着父、子进程中对应的文件描述符指向了磁盘中相同的文件，因而这些文件在父、子进程间实 现了共享，譬如，如果子进程更新了文件偏移量，那么这个改变也会影响到父进程中相应文件描述符的位置 偏移量。  

 3.2父、子进程中对应的文件描述符指向了相同的文件表 ——代码测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#define MY_FILE "./file.txt"
 
int main()
{
	char buf [128];
	int fd = open(MY_FILE,O_RDWR);
	if(-1 == fd)
	{
		perror("open error? :");
		exit(-1);
	}
 
	int pid =  fork();
	switch (pid)
	{
		case -1:
			printf("fork error\n");
			break;
		case 0:
			for(int i = 0;i<4;i++)
			{
				write(fd,"    child",strlen("    child"));
			}
			printf("子进程\n");
			close(fd);
 
			break;
		default:
			printf("父进程\n");
			for(int i = 0;i<4;i++)
			{
				write(fd,"    father",strlen("    father"));
			}
 
			close(fd);
			break;
	}
 
	read(fd,buf,128);
	printf("read :%s\n",buf);
	return 0;
}

上述代码中，父进程 open 打开文件之后，才调用 fork()创建了子进程，所以子进程了继承了父进程打 开的文件描述符 fd，我们需要验证的便是两个进程对文件的写入操作是分别各自写入、还是每次都在文件 末尾接续写入

 

有上述测试结果可知，此种情况下，父、子进程分别对同一个文件进行写入操作，结果是接续写，不管 是父进程，还是子进程，在每次写入时都是从文件的末尾写入，很像使用了 O_APPEND 标志的效果。其原 因也非常简单，子进程继承了父进程的文件描述符，两个文件描述符都指向了一个相同的文件表，意味着它们的文件偏移量是同一个、绑定在了一起，相互影响，子进程改变了文件的位置 偏移量就会作用到父进程，同理，父进程改变了文件的位置偏移量就会作用到子进程

但是执行结果不一定是父进程先执行或者子进程先执行，这个不一定的，这个要看系统的调度了 

四 linux 全拷贝和写实拷贝

4.1全拷贝：

传统的fork ()系统调用直接把所有的资源复制给新创建的进程。 这种实现过于简单并且效率低下，因为它拷贝的数据也许并不共享，更糟的情况是，如果新进程打算立即执行一个新的映像，那么所有的拷贝都将前功尽弃。 

4.2写实拷贝：

Linux的fork ()使用写时拷贝（copy-on-write）页实现。 写时拷贝是一种可以推迟甚至免除拷贝数据的技术。 内核此时并不复制整个进程地址空间，而是让父进程和子进程共享同一个拷贝。 只有在需要写入的时候，数据才会被复制，从而使各个进程拥有各自的拷贝。 

五 vfork()函数

5.1 vfork函数和fork函数的区别

• 关键区别一：vfork直接使用父进程存储空间，不拷贝
• 关键区别二：vfork保证子进程先运行，当子进程调用exit退出时，父进程才开始执行

5.2 vfork代码测试：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
 
int main()
{
	int data =10; //测试数据
	int pid =  vfork();
	switch (pid)
	{
		case -1:
			printf("fork error\n");
			break;
		case 0:
			printf("this is child ;PID = %d\n",getpid());
			printf("pid = %d\n",pid);
			data =data + 100;
			exit(0);
 
			break;
		default:
			printf("this is father;PID = %d\n",getpid());
			printf("pid = %d\n",pid);
			printf("data = %d \n",data);
			break;
	}
 
	return 0;
}

根据上述代码，man函数进来，创建一个int型的变量data，在子进程加100，在父进程中打印，最data为110，证明公用了一块地址

 5.3fork()代码测试

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
 
 
int main()
{
	int data = 10;
	int pid =  fork();
	switch (pid)
	{
		case -1:
			printf("fork error\n");
			break;
		case 0:
			printf("this is child ;PID = %d\n",getpid());
			printf("pid = %d\n",pid);
			data += 100;
			printf("子进程的data = %d\n",data);
 
 
			break;
		default:
			printf("this is father;PID = %d\n",getpid());
			printf("pid = %d\n",pid);
			printf("父进程的data = %d\n",data);
 
 
			break;
	}
 
	return 0;
}

 

而fork()代码中，data在子进程中进行自加100，在打印结果就是子进程打印的data就是100，而父进程的data为10，没有改变，因为在父子进程在写入新的数据的时候，数据会被复制，从而使各个进程拥有各自的拷贝。