Linux C创建进程及父子进程虚拟地址空间（附源码）

1.Linux创建进程

       Linux允许一个进程创建新进程，新进程即为子进程，子进程还可以创建新的子进程，形成进程树型结构模型。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：成功：子进程返回0，父进程返回子进程ID失败：返回-1

子进程失败的两个原因：
1.当前系统的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值设置为EAGAIN。
2.系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。
       Fork代表分叉，从当前进程分出一个进程来也就是创建子进程。我们可以在Linux上查询它的具体函数及其说明，使用man 2 fork，在第二章系统函数里面。

2.创建进程例子

       假设让父进程打印标志父进程的语句，子进程打印标志子进程的语句，然后两者均打印循环，下面是对应的示例代码。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main() {// 创建子进程pid_t pid = fork();// 判断是父进程还是子进程if(pid > 0){// 如果大于0，返回的是创建的子进程的进程号，当前是父进程printf("I am parent process,pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());} else if(pid == 0){// 当前是子进程printf("I am child process,pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());}for(int i = 0; i < 3; i++){printf("i:%d, pid:%d\n", i, getpid());sleep(1);}return 0;
}

       这里的getpid()是获取进程的进程号，getppid()是获取进程的进程号。
       如果将if后面的语句块作为①，else if后面的语句块作为②，for循环语句块作为③，那么父进程的执行包含①③，子进程的执行包含②③。

3.父子进程虚拟地址空间

可以看到父子进程虚拟地址空间分布如图所示：

       首先是父进程的虚拟地址空间如上图左所示，经过fork以后，子进程的虚拟地址空间也复制了父进程的，用户区和内核区都是一样的，不一样的就是pid不同。由于我们在代码使用的临时变量接收，那么这个变量会存放在栈空间中，父进程的接收的pid的值则为子进程的pid，子进程的变量则为0，接下来运行后面的代码，由于pid变量的不同执行不同的代码。
       问题来了：都有变量num，在父进程里面加10，在子进程里面加100，那么会出现num互相影响加在一起的情况吗。
      答案是不会的，因为它们都有自己的栈空间。都在自己的虚拟地址空间有num，其变量名虽然一样，但在两个不同的空间，所以互不影响。
      更准确来说，Linux的fork() 使用是通过写时拷贝(copy- on-write) 实写时拷贝是一种可以推迟甚至避免拷贝数据的技术。内核此时并不复制整个进程的地址空间，而是让父子进程共享同个地址空间。只有在需要写入的时候才会复制地址空间，从而使各个进行拥有各自的地址空间。也就是说，资源的复制是在需要写入的时候才会进行，在此之前，只有以只读方式共享注意: fork之后父子进程共享文件，fork产生的子进程与父进程相同的文件文件描述符指向相同的文件表。
       fork函数之后不是完全拷贝，而是写时拷贝，意思就是说不是立马创建，而是当有数据写入内存发生改变的时候才进行复制。之前的话都是子进程都是共享父进程内存地址空间的，比如num一开始都为10，但是当其中一个发生改变之后，另外一个进程不可能还是不改变，所以进行复制指向内存一块新的地址空间。在设计初期确实是fork之后立马创建新的虚拟地址空间，但是这样做的话太浪费内存，也浪费时间，所以采用了这种读时共享，写时拷贝的方法加以改进。

4.总结

本次博客介绍了Linux如何创建进程，以及创建之后父子进程之间如何共存和谐相处，也就是它们的虚拟地址空间分布情况。下次将接着介绍Linux进程编程的其它内容。
往期好文推荐：
Linux多进程编程之exec函数族使用
Linux C简单服务器模型解析及完整代码
Linux C实现cp命令
VS环境中使用QT、OpenCV进行简易图像处理（附源码）

我是乐于分享C++、QT、图像处理与深度学习的Credic，是一个在职的C++图像处理软件工程师。如果文章对你有帮助麻烦点个点赞关注收藏哦，你的点赞关注是我最大的动力，持续分享干货中···