Linux进程——子进程的创建(fork的原理)

news/2024/5/17 10:12:47

前言：在上一篇文章中，我们已经会使用getpid/getppid函数来查看pid和ppid,本篇文章会介绍第二种查看进程的方法，以及如何创建子进程！

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本篇主要内容：

查看进程的第二种方法
创建子进程
系统调用函数fork

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在开始前，我先来回顾一下如何获取pid，ppid
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进程要想区分就一定会有唯一的标示符，而pid，ppid初始化后就变为内核中的数据，也就是操作系统里的数据，在我们自己开发时，操作系统不会将内部数据暴露出来，不能直接访问，所以通过系统调用接口直接获取pid，ppid。

1. 查看进程的第二种方法

在Linux系统中，不只有ps能够查看进程，还存在着一个动态目录proc，该目录存放了所有存在的进程，目录的名称。它会随着进程的改变而随时更新它的内容!

查看所有进程：
指令：ls /proc/

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查看指定pid的进程文件：
指令：ls /proc/进程pid

如果想只查看这个目录我们可以：
指令：ls /proc/进程pid -dl

proc查看进程

当我们结束这个进程时，文件也会从proc中被删除

误删可执行程序时

在看完这个视频后，我们发现当我们在程序运行时，误删了可执行程序，进程不会被终止，但是在proc目录中的exe被标红并注明delete

在自行创建的进程中，我们只需要掌握好两个文件cwd和exe

cwd代表当前工作目录
exe指向可执行程序的位置

默认情况下，进程启动所处的路径，就是当前路径，pwd指令其实就是从cwd中找到当前路径的!

当前工作目录是可以通过系统调用进行修改的：
指令：chdir ( " 路径 " )

我们只需要在代码编写时，加入这条指令我们就能更改当前工作目录

2. 创建子进程

2.1 系统调用函数fork

在Linux中，进程的创建方式有两种：

命令行中直接启动进程
通过代码创建

而在用代码创建进程时，实则是进行了系统调用，这里我们就得在学习一个系统调用函数fork!

函数：fork

让我们来简单用man指令了解fork函数信息
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fork的功能是创建一个子进程
让我们来简单实现以下fork

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我们发现在fork之后函数printf调用了两次！！！

我们再来看看进程的ppid
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说明了一个情况:fork之后,会创建子进程，并且子进程会和父进程一起进入后面的函数并且分别执行一次

2.2 fork的一般写法

结合目前: 只有父进程执行fork之前的代码(一定)，fork之后，父子进程都要执行后续的代码!

因此我们推断fork函数不仅会帮我们创建子进程而且它还有两个返回值，fork成功的时候，会有两个不同的返回值，给子进程返回0，给父进程返回子进程的pid。

首先我们来思考以下问题：

那么我们为什么要创建子进程？子进程的作用是啥？

我们想让子进程协作父进程完成一些工作，这些工作是单进程解决不了的，因此子进程的创建是为了协助父进程，因此父子进程做的是不一样的事情

我们怎么保证父子进程做的是不一样的事情呢？

我们可以通过判断fork的返回值，判断谁是父，谁是子，然后让他们执行不同的代码片段

让我们来看一下fork的一般写法

  1 #include<stdio.h>2 #include<sys/types.h>3 #include<unistd.h>4 5 int main()6 {7     printf("i am a process, 我的pid: %d\n", getpid());8 9 10     pid_t id = fork();11                                                                               12     if(id < 0) return 1;13 14     else if(id == 0)15     {16         // child17         while(1)18         {19             printf("我是子进程: pid: %d, ppid: %d, ret: %d, 我正在执行下载任务    \n",getpid(),getppid(),id);20             sleep(1);21         }22     }23 24     else25     {26         // parent27         while(1)28         {29             printf("我是父进程: pid: %d, ppid: %d, ret: %d, 我正在执行播放任务    \n",getpid(),getppid(),id);30             sleep(1);31         }32     }33 }

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我们可以看到明明我们的fork只使用了一个变量接收但是出现了两个返回值

2.3 fork的原理

关于fork这个函数的原理，我们依然抛出几个问题

fork干了什么事情？
为什么fork会有两个返回值？
为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？
fork之后父子进程谁先运行？
如何理解同一个变量会有不同的值？

fork干了什么事情？

fork创建子进程，系统中会多一个子进程

以父进程为模板，为子进程创建PCB
但是你今天创建的子进程，是没有代码和数据的!!!目前和父进程共享代码和数据!!
所以，fork之后，父子进程会执行一样的代码

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为什么fork的两个返回值，会给父进程返回子进程pid，给子进程返回0？

在用进程中，一个父进程可能会有多个子进程，但是子进程永远都只有一个父进程，所以父：子只会是 1 ：n，为了能够更好的管理这些子进程，就必须返回具有唯一性的pid。但是子进程会很容易找到父进程，所以返回0表示成功即可！！

fork之后父子进程到底谁先运行？

创建完成子进程，只是一个开始，创建完成子进程之后，系统的其他进程，父进程和子进程，接下来要被调度执行的，当父子进程的PCB都被创建并在运行队列中排队的时候，哪一个进程的PCB先被选择调度，那个进程就先运行!!

但是PCB的选择调度是由操作系统自主决定(由各自PCB中的调度信息(时间片，优先级等)+调度器算法共同决定)
所以我们不确定父子进程到底谁先运行

最后为什么fork会有两个返回值？