【Linux系统编程（进程编程）】创建进程的场景，fork和vfork的使用及区别

2024-03-23 22:28
文章标签 linux 系统 使用 创建 编程 进程 场景 区别 fork vfork

本文主要是介绍【Linux系统编程（进程编程）】创建进程的场景，fork和vfork的使用及区别，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

文章目录

  • 一、进程关键概念
  • 二、创建进程函数fork的使用
    • 一、进程创建实战
  • 三、创建进程函数fork的使用补充
  • 四、进程创建发生了什么事？
  • 五、创建新进程的实际应用场景 & fork总结
    • 一、fork创建一个子进程的一般目的？
    • 二、fork编程实战
  • 六、vfork也能创建进程
    • 一、验证子进程先运行
    • fork
    • vfork
        • 子进程没有退出
        • 子进程有退出
    • 二、验证vfork子进程共享父进程的内存空间

一、进程关键概念

问1. 什么是程序，什么是进程，有什么区别？
问2. 如何查看系统中有哪些进程？
问3. 什么是进程标识符？
问4. 什么叫父进程，什么叫子进程？
问5. C程序的存储空间是如何分配？

问1. 什么是程序，什么是进程，有什么区别？
程序是静态的概念，进程是动态的概念。
程序是静态的概念，gcc xxx.c -o pro 磁盘中生成的pro文件，叫做程序。
进程是动态的概念，是程序的一次运行活动，通俗讲就是程序跑起来了，系统中多了一个进程。

问2. 如何查看系统中有哪些进程？
a. 使用ps指令查看
ps
ps -aux 生成一大堆
而实际使用ps配合grep查询程序是否存在某一个进程，如：ps -aux|grep init是查询init相关的进程。利用管道进行查询，避免显示太多，查找不方便。
b. 利用top指令查看，类似windows任务管理器，动态显示。

问3. 什么是进程标识符？
每个进程都有一个非负整数表示唯一ID，叫做pid，类似身份证。

pid=0：成为交换进程（swapper）
作用——进程调度
pid=1：init进程
作用——系统初始化

pos机显示刷卡界面，ktv点歌机显示点歌界面，这些由init进程来做。程序运行后，内核加载完毕，文件系统起来时候，运行第一个进程就是init进程，init进程就会读取配置文件，去启动一些其他的启动进程（其他的开机程序）。

编程调用getpid函数获取自身的进程标识符；getppid获取父进程的进程标识符。
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid = getpid();printf("this process pid is %d\n", pid);while(1);return 0;
}

问4. 什么叫父进程，什么叫子进程？
进程A创建了进程B
那么A叫做父进程，B叫做子进程，父子进程是相对的概念，理解为人类世界的父子关系。

二、创建进程函数fork的使用

一、进程创建实战

使用fork函数创建一个进程
pid_t fork(void);

fork函数调用成功，返回两次
返回值为0，代表当前进程是子进程
返回值非负数，代表当前进程为父进程
调用失败，返回-1

image.png
image.png

请看printf输出，执行了两遍，这是为什么呢？
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid = getpid();fork();printf("this process pid is %d\n", pid);return 0;
}
~

第十一行fork()，之前执行一次，之后因为创建了进程，所以执行了两次，看到了两次输出。

image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid = getpid();fork();printf("this process pid is %d, current process id is %d\n", pid, getpid());return 0;
}

getpid()获取当前进程的进程id，可以用来区分进程。第十三行，如果两个id相同，说明都是pid的值，属于父进程，若是俩id不同，则是子进程，不同的id是子进程调用getpid()的原因。

进一步 多写一些调试信息：
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid = getpid();//原来进程IDfork();//创建进程//原来进程 与当前进程比较if(pid == getpid()){       //当前进程是原来进程，则为父进程printf("this is father process\n");}else{//当前进程不是原来进程，则为子进程printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());}return 0;
}

fork()之前，包括fork()这行，都是父进程在运行。而if-else父子进程都会执行。
子进程和父进程都会执行fork后面if-else分支。而且父子进程会执行不同分支，一个执行if，另一个肯定执行else。因为他们都会执行这句话if里边的pid == getpid()，而父进程时，表达式和为真，子进程时，表达式为假。

通过pid区分父子进程
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid_t pid2;pid = getpid();//原来进程IDprintf("before fork pid = %d\n",pid);fork();//创建进程pid2 = getpid();printf("after fork pid = %d\n",pid2);//原来进程 与当前进程比较if(pid == pid2){	//当前进程是原来进程，则为父进程printf("this is father process\n");}else{//当前进程不是原来进程，则为子进程printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());}return 0;
}

通过fork()函数返回值区分父子进程。返回值为0为子进程，返回非零值为父进程。
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;printf("father pid = %d\n",getpid());pid = fork();//创建进程if(pid > 0){printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());}else if(pid == 0){printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());}return 0;
}

image.png

三、创建进程函数fork的使用补充

fork返回值有可能是0，有可能是其他的。在父子进程都把retpid打印出来。
fork之后，新的进程拷贝了一份代码和变量，新进程和旧的进程都有一份retpid。fork之后，给retpid分配了一个0，一个非零。代码看一下：
image.png
进入父进程，打印的retpid是子进程的pid
进入子进程，打印的retpid是0
所以，fork后有了两个retpid变量，一个分配给父进程，一个分配给子进程。不同的是：当fork返回非零时，返回给父进程的retpid为子进程的进程id，而fork返回零时，返回给子进程的retpid为0。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid_t pid2;pid_t retpid;pid = getpid();//pid是父进程printf("before fork pid = %d\n",pid);retpid = fork();//fork创建进程 返回retpidpid2 = getpid();printf("after fork pid = %d\n",pid2);if(pid == pid2){printf("this is father process. retpid:%d\n", retpid);}else{printf("this is chlid process. retpid:%d, child pid:%d\n", retpid, getpid());}return 0;
}

也就是说，函数fork调用成功，则：（man手册中翻译理解）

  • 在父进程中，返回子进程PID
  • 在子进程中，返回0

四、进程创建发生了什么事？

image.png
局部变量a的分配，不确定。
image.png
代码段共享
数据段拷贝（写时拷贝）
以前是全部拷贝，现在是写时拷贝。
image.png


#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;int data = 10;printf("father pid = %d\n",getpid());pid = fork();//创建进程if(pid > 0){printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());}else if(pid == 0){printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());}printf("data=%d\n",data);return 0;
}

如下，子进程对data修改，会执行写时拷贝。
image.png

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;int data = 10;printf("father pid = %d\n",getpid());pid = fork();//创建进程if(pid > 0){printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());}else if(pid == 0){data += 10;printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());}printf("data=%d\n",data);return 0;
}

五、创建新进程的实际应用场景 & fork总结

一、fork创建一个子进程的一般目的？

（1）一个父进程希望复制自己，使父、子进程同时执行不同的代码段。这在网络服务进程中是常见的——父进程等待客户端的服务请求。当这种请求到达时，父进程调用fork，使子进程处理此请求。父进程则继续等待下一个服务请求到达。

下边模拟一下网络请求，为每个请求创建一个服务进程。

（现在还存在select poll epoll等IO多路复用技术，暂不展开）

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;int data = 10;while(1){printf("please input a data:");scanf("%d", &data);if(data == 1){pid = fork();if(pid > 0){}else if(pid == 0){while(1){printf("do net request, response to :%d\n", data);sleep(5);}}}else{printf("wait, do nothing\n");}}return 0;
}

（2）一个进程要执行一个不同的程序。这对shell是常见的情况。在这种情况下，子进程返回后立即调用exec

二、fork编程实战

image.png
一个现有的进程可以调用fork函数创建一个新进程。
返回值：子进程中返回0，父进程中返回子进程ID，出错返回-1
由fork创建的新进程被称为子进程（child process），fork函数被调用一次，但返回两次。两次返回的唯一区别是子进程的返回值0。而父进程的返回值是新子进程的进程ID。将子进程ID返回给父进程的理由是：因为一个进程的子进程可以有多个，并且没有一个函数使一个进程可以获取其所有子进程的进程ID。fork使子进程得到返回值为0的理由是：一个进程只会有一个父进程，所以一个子进程总是可以调用getppid以获得其父进程的进程ID（进程ID 0 总是由内核交换进程使用，所以一个子进程的进程ID不可能为0）。【自己理解就是：子进程执行fork指令时，返回值为0，是利用 0 来区分父子进程】
子进程和父进程继续执行fork调用之后的指令。子进程是父进程的副本。例如，子进程获得父进程数据空间、堆和栈的副本。注意，这是子进程拥有的副本。父、子进程并不共享这些存储空间部分。父、子进程共享正文段（7.6节）。
由于fork之后经常跟随着exec，所以现在的很多实现并不执行一个父进程数据段、栈和堆的完全复制。作为替代，使用了写时复制（Copy-On-Write，COW）技术。这些区域由父、子进程共享，而且内核将他们的访问权限变成只读的。如果父、子进程中的任何一个试图修改这些区域，则内核只为修改区域的那块内存制作一个副本，通常是虚拟存储器系统中的一“页”。

六、vfork也能创建进程

vfork函数 也可以创建进程，与fork有什么区别？？
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退出后，父进程才执行。

一、验证子进程先运行

fork

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;pid = fork();if(pid > 0){while(1){printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);}}else if(pid == 0){while(1){printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);}}return 0;
}

image.png
结果证明：使用fork函数创建进程，父子进程同时运行。

vfork

子进程没有退出

在刚刚代码基础上 仅仅把fork换成vfork

执行效果：
image.png
结果说明：子进程没退出，父进程就不执行。

子进程有退出

子进程执行三次，子进程退出。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main()
{pid_t pid;int cnt = 0;pid = vfork();if(pid > 0){while(1){printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);}}else if(pid == 0){while(1){printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);cnt++;if(cnt == 3){break;}}}return 0;
}

image.png
结果说明：子进程退出后，父进程才执行。

二、验证vfork子进程共享父进程的内存空间

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>int main()
{pid_t pid;int cnt = 0;pid = vfork();if(pid > 0){while(1){printf("cnt=%d\n", cnt);printf("this is father process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);}}else if(pid == 0){while(1){printf("this is chlid process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);cnt++;if(cnt == 3){exit(0);//break;}}}return 0;
}

image.png
结果说明：只有子进程在修改cnt。使用vfork子进程调用结束后，父进程中cnt的值发生改变，说明被子进程修改。所以vfork父子共享内存空间。

这篇关于【Linux系统编程（进程编程）】创建进程的场景，fork和vfork的使用及区别的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/839690。

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