fork函数的2个返回值说明

fork简介：

fork英文原意是“分岔，分支”的意思，而在操作系统中，乃是著名的Unix（或类Unix，如Linux，Minix）中用于创建子进程的系统调用。

【NOTE1】

fork () 的作用是什么？换句话说，你用fork () 的目的是什么？

――是为了产生一个新的进程，地球人都知道:)

产生一个什么样的进程？

――和你本来调用fork () 的那个进程基本一样的进程，其实就是你原来进程的副本;

真的完全一样吗？

――当然不能完全一样，你要两个除了pid 之外其它一模一样的进程干什么，就算memory 再多也不用这么摆谱吧？

哪里不一样？

――当然最重要的是fork () 之后执行的代码不一样，you know, i know :)

怎么实现呢？

――如果是Windows，它会让你在fork () 里面提供一大堆东西，指明这个那个什么的…… 我用的是unix 啊

――所以很简单，unix 会让两个进程（不错，原来是一个，unix 替你复制了一个，现在有两个）

在fork () 之后产生不同：返回值不同。其中一个进程（使用新的pid）里面的fork () 返回零，

这个进程就是“子进程”；而另一个进程（使用原来的pid）中的fork () 返回前面那个子进程的

pid，他自己被称为“父进程”

然后呢？

――写代码的人又不笨，当然就根据返回值是否非零来判断了，现在我是在子进程里面呢，还是在

父进程里面？在子进程里面就执行子进程该执行的代码，在父进程里面就执行父进程的代码……

有铁杆windows fans 借此说明，windows 好啊，子进程用子进程的代码，父进程用父进程的，

你unix 笨了吧，子进程包含父进程、子进程的代码，父进程包含父进程子进程的代码，岂不是多占用内存了吗？

――据我所知，unix 代码段都是可重入代码，也就是说，进程复制，并不复制代码段，若

干个进程

共享同一代码段，增加的只是全局共享数据和对文件描述符的引用等，另外就是堆栈。你一个代码

长达10M 的进程，fork () 出三四个子进程，只是增加一点内存占用（如果你没有使用很多全局变量

的话），而不是占用40M 以上的内存。

【NOTE2】

程序从fork 开始分支（称分支不准确），一路是主进程pid > 0 (pid 是子进程ID) 一路是子进程pid == 0 自此分成两个任务

其实fork的时候已经两个分支了，数据段被复制了一份，因此pid有两份

执行pid=fork()时，返回值赋给pid在两个进程中运行，

fork会返回给父进程的那个>0的值，告诉调用者新建进程的pid

子进程的fork返回值是0

更不用说if...else的比较也是在两个进程中都做的了

【NOTE3】

fork的精辟剖析

程序如下：

#include ;

#include ;

main ()

{ pid_t pid;

pid=fork();

if (pid < 0) printf("error in fork!");

else if (pid == 0)

printf("i am the child process, my process id is %dn",getpid());

else

printf("i am the parent process, my process id is %dn",getpid());

}

结果是

[root@localhost c]# ./a.out

i am the child process, my process id is 4286

i am the parent process, my process id is 4285

一：

要搞清楚fork的执行过程，就必须先讲清楚操作系统中的“进程(process)”概念。一个进程，主要包含三个元素：

o. 一个可以执行的程序；

o. 和该进程相关联的全部数据（包括变量，内存空间，缓冲区等等）；

o. 程序的执行上下文（execution context）。

不妨简单理解为，一个进程表示的，就是一个可执行程序的一次执行过程中的一个状态。操作系统对进程的管理，典型的情况，是通过进程表完成的。进程表中的每一个表项，记录的是当前操作系统中一个进程的情况。对于单CPU的情况而言，每一特定时刻只有一个进程占用CPU，但是系统中可能同时存在多个活动的（等待执行或继续执行的）进程。一个称为“程序计数器（program counter, pc）”的寄存器，指出当前占用CPU的进程要执行的下一条指令的位置。当分给某个进程的CPU时间已经用完，操作系统将该进程相关的寄存器的值，保存到该进程在进程表中对应的表项里面；把将要接替这个进程占用CPU的那个进程的上下文，从进程表中读出，并更新相应的寄存器（这个过程称为“上下文交换(process context switch)”，实际的上下文交换需要涉及到更多的数据，那和fork无关，不再多说，主要要记住程序寄存器pc指出程序当前已经执行到哪里，是进程上下文的重要内容，换出CPU的进程要保存这个寄存器的值，换入CPU的进程，也要根据进程表中保存的本进程执行上下文信息，更新这个寄存器）。

好了，有这些概念打底，可以说fork了。当你的程序执行到下面的语句：

pid=fork();

操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器pc，在父、子进程的上下文中都

声称，这个进程目前执行到fork调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳。

父进程继续执行，操作系统对fork的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid（一个正整数），所以下面的if语句中pid<0, pid==0的两个分支都不会执行。所以输出i am the parent process...

子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占据CPU，操作系统对fork的实现，使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，虽然是同一个程序，但是这是同一个程序的另外一次执行，在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的，从执行的角度说和父进程相互独立）中pid=0。这个进程继续执行的过程中，if语句中pid<0不满足，但是pid= =0是true。所以输出i am the child process...

为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了？在一个程序的一次执行中，这当然是不可能的；但是你看到的两行输出是来自两个进程，这两个进程来自同一个程序的两次执行。

fork之后，操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程，虽说是父子关系，但是在操作系统看来，他们更像兄弟关系，这2个进程共享代码空间，但是数据空间是互相独立的，子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝，指令指针也完全相同，但只有一点不同，如果fork成功，子进程中fork的返回值是0，父进程中fork的返回值是子进程的进程号，如果fork不成功，父进程会返回错误。

可以这样想象，2个进程一直同时运行，而且步调一致，在fork之后，他们分别作不同的工作，也就是分岔了。这也是fork为什么叫fork的原因。

在程序段里用了fork()之后程序出了分岔，派生出了两个进程。具体哪个先运行就看该系统的调度算法了。

如果需要父子进程协同，可以通过原语的办法解决。

二：

进程的创建:

创建一个进程的系统调用很简单.我们只要调用fork函数就可以了.

＃include

pid_t fork();

当一个进程调用了fork以后,系统会创建一个子进程.这个子进程和父进程不同的地方只有他的进程ID和父进程ID,其他的都是一样.就象父进程克隆(clone)自己一样.当然创建两个一模一样的进程是没有意义的.为了区分父进程和子进程,我们必须跟踪fork的返回值. 当fork 掉用失败的时候(内存不足或者是用户的最大进程数已到)fork返回-1,否则fork的返回值有重要的作用.对于父进程fork返回子进程的ID,而对于fork子进程返回0.我们就是根据这个返回值来区分父子进程的. 父进程为什么要创建子进程呢?前面我们已经说过了Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源.有时进程为了早一点完成

任务就创建子进程来争夺资源. 一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源.有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞,直到子进程完成任务.这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用.

总结一下有三：

1,派生子进程的进程，即父进程，其pid不变；

2,对子进程来说，fork返回给它0,但它的pid绝对不会是0；之所以fork返回0给它，是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid；

3,fork之后父子进程除非采用了同步手段，否则不能确定谁先运行，也不能确定谁先结束。认为子进程结束后父进程才从fork返回的，这是不对的，fork不是这样的，vfork才这样。

【NOTE4】

首先必须有一点要清楚，函数的返回值是储存在寄存器eax中的。

其次，当fork返回时，新进程会返回0是因为在初始化任务结构时，将eax设置为0；

在fork中，把子进程加入到可运行的队列中，由进程调度程序在适当的时机调度运行。也就是从此时开始，当前进程分裂为两个并发的进程。

无论哪个进程被调度运行，都将继续执行fork函数的剩余代码，执行结束后返回各自的值。

【NOTE5】

对于fork来说，父子进程共享同一段代码空间，所以给人的感觉好像是有两次返回，其实对于调用fork的父进程来说，如果fork出来的子进程没有得到调度，那么父进程从fork系

统调用返回，同时分析sys_fork知道，fork返回的是子进程的id。再看fork出来的子进程，由copy_process函数可以看出，子进程的返回地址为ret_from_fork（和父进程在同一个代码点上返回），返回值直接置为0。所以当子进程得到调度的时候，也从fork返回，返回值为0。

关键注意两点：1.fork返回后，父进程或子进程的执行位置。（首先会将当前进程eax的值做为返回值）2.两次返回的pid存放的位置。（eax中）

进程调用copy_process得到lastpid的值（放入eax中，fork正常返回后，父进程中返回的就是lastpid）

子进程任务状态段tss的eax被设置成0，

fork.c 中

p->tss.eax=0;（如果子进程要执行就需要进程切换，当发生切换时，子进程tss中的eax 值就调入eax寄存器，子进程执行时首先会将eax的内容做为返回值）

当子进程开始执行时，copy_process返回eax的值。

fork()后,就是两个任务同时进行,父进程用他的tss,子进程用自己的tss,在切换时,各用各的eax中的值.

所以，“一次调用两次返回”是2个不同的进程！

看这一句：pid＝fork()

当执行这一句时，当前进程进入fork()运行，此时，fork()内会用一段嵌入式汇编进行系统调用：int 0x80（具体代码可参见内核版本0.11的unistd.h文件的133行_syscall0函数）。这时进入内核根据此前写入eax的系统调用功能号便会运行sys_fork系统调用。接着，sys_fork中首先会调用C函数find_empty_process产生一个新的进程，然后会调用C函数copy_process将父进程的内容复制给子进程，但是子进程tss中的eax值赋值为0（这也是为什么子进程中返回0的原因），当赋值完成后，copy_process会返回新进程（该子进程）的pid，这个值会被保存到eax中。这时子进程就产生了，此时子进程与父进程拥有相同的代码空间，程序指针寄存器eip指向相同的下一条指令地址，当fork正常返回调用其的父进程后，因为eax中的值是新创建的子进程号，所以，fork()返回子进程号，执行else （pid>0）;当产生进程切换运行子进程时，首先会恢复子进程的运行环境即装入子进程的tss任务状态段，其中的eax 值(copy_process中置为0)也会被装入eax寄存器，所以，当子进程运行时，fork返回的是0执行if(pid==0)。

【NOTE5】

理解它关键在于理解堆栈的切换和压栈，弹栈!

关于子进程的返回:

子进程复制了父进程的栈内容，从高到低

SS

ESP

EFLAGS

CS

EIP -----此是int 0x80 的下一条指令，也是子进程开始执行的地方！！！！

DS

ES

FS

EDX

ECX

EBX

GS

ESI

EDI

EBP

EAX(0)

由于EAX = 0,所以子进程返回0 给fork.

注：新进程的用户栈设为其父进程的用户栈(最后弹出的SS,ESP)。如果父子进程以

copy_on_write方式共用用户堆栈

(Linux之下就是这样的)，而且在此之前父进程修改了该堆栈(如果父进程先返回，这几乎是肯定的），那么，系统已经为父进程创建了该用户栈的副本，父进程原来的用户栈留给了子进程。那么新进程的系统栈已经清空，新进程回到了用户态，返回到了函数fork。

【NOTE6】

关于fork的讨论与评价：

fork好不好？相比其他操作系统如Windows，Windows会有诸如CreateProcess这样的函数来创建一个与生俱来两手空空的独立的新进程。然后还有一大堆参数，指手画脚的告诉你这个那个是什么。。。

烦!!!

K.I.S.S. (Keep it simple,stupid.)是Unix的至高原则。

fork 起源于Unix 操作系统。那是贝尔实验室的K&R (这两人是Unix和C语言之父) 的一项天才发明!!! Linux由于与生俱来就与Unix血浓于水，所以继承了它的这个天才发明。

这种方法效率是很高的。因为复制的代价是很低的。在计算机网络的实现中，以及在

client/server 系统中的server 一方的实现中，fork 常常是最自然，最有效，最适宜的手段。很多人甚至怀疑，到底是先有fork 还是先有client/server，因为fork 似乎就是专门为此而设计的!更重要的好处是，这样有利于父子进程间通过pipe 建立起一种简单有效的进程间通信管道，并且产生了操作系统的用户界面即shell 的管道机制。这一点，对于Unix 的发展和应用推广，对于Uinx 程序设计环境的形成，对于Unix 程序设计风格的形成，都有非常深远的影响。可以说这是一项天才的发明，它在很大程度上改变了操作系统的发展方向。