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在Linux操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是一項(xiàng)重要的概念，而進(jìn)程的創(chuàng)建和管理則是操作系統(tǒng)的核心任務(wù)。在Linux中，fork()是一個(gè)十分重要的系統(tǒng)調(diào)用，通過它可以創(chuàng)建新的進(jìn)程，并把它們作為獨(dú)立的執(zhí)行單位分配給應(yīng)用程序或用戶。因此，深入了解并理解fork()的操作機(jī)制是十分必要的。
一、什么是進(jìn)程
進(jìn)程是操作系統(tǒng)中的一種基本概念，它是正在執(zhí)行的程序?qū)嵗＿M(jìn)程是操作系統(tǒng)對(duì)正在執(zhí)行的程序資源的抽象，是為每一個(gè)程序?qū)嵗峁┆?dú)立的運(yùn)行環(huán)境的容器。每個(gè)啟動(dòng)的程序都運(yùn)行在一個(gè)進(jìn)程中，進(jìn)程管理操作系統(tǒng)資源，提供程序所需的環(huán)境和支持程序的執(zhí)行。
一個(gè)進(jìn)程擁有自己的內(nèi)存空間、代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧、程序計(jì)數(shù)器等資源。當(dāng)操作系統(tǒng)調(diào)度進(jìn)程時(shí)，會(huì)為進(jìn)程分配CPU資源，進(jìn)程就可以開始執(zhí)行。
進(jìn)程采用父進(jìn)程-子進(jìn)程的方式創(chuàng)建。父進(jìn)程通過調(diào)用fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，子進(jìn)程擁有自己的進(jìn)程ID和進(jìn)程上下文，并執(zhí)行一個(gè)新的程序段，通常是exec()函數(shù)族。
二、什么是fork()
fork()系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供的一種方式，可以對(duì)現(xiàn)有進(jìn)程進(jìn)行拷貝，并將其復(fù)制為一個(gè)全新的進(jìn)程。這個(gè)新的進(jìn)程是原始進(jìn)程的子進(jìn)程，它繼承了原始進(jìn)程的資源和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。而原始進(jìn)程則成為了子進(jìn)程的父進(jìn)程，并可以通過進(jìn)程ID來進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)。fork()函數(shù)返回兩次，分別在子進(jìn)程和父進(jìn)程中返回。
int fork(void);
fork()的返回值有三種情況：
– (-1)：子進(jìn)程創(chuàng)建失敗
– 0：子進(jìn)程中返回
– （>0）：在父進(jìn)程中返回，這個(gè)值就是子進(jìn)程的ID號(hào)。
fork()函數(shù)的主要作用是創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，它具有某些父進(jìn)程相同的特性。這意味著，如果父進(jìn)程有某些文件打開，子進(jìn)程會(huì)繼承這些文件。如果父進(jìn)程有一些內(nèi)存區(qū)域分配，子進(jìn)程也會(huì)繼承這些區(qū)域。
在使用fork()時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
– fork()完成后，父進(jìn)程和子進(jìn)程都繼續(xù)執(zhí)行它們自己的代碼段，而且二者是完全獨(dú)立的，彼此之間不會(huì)相互干擾。
– 如果在父進(jìn)程中，使用了共享資源，例如文件描述符或內(nèi)存段，必須小心地考慮如何將這些資源傳遞給子進(jìn)程，或者如何單獨(dú)處理這些資源，以便父進(jìn)程和子進(jìn)程能夠正確地運(yùn)行。
– 子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程中打開且未關(guān)閉的所有文件描述符。所以在子進(jìn)程中應(yīng)該小心的關(guān)閉一些不必要的文件描述符，以減少內(nèi)核中文件表的使用。
三、fork()的機(jī)制及實(shí)現(xiàn)原理
在Unix/Linux操作系統(tǒng)中，每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一的進(jìn)程ID（PID），而fork()系統(tǒng)調(diào)用可以創(chuàng)建一個(gè)與當(dāng)前進(jìn)程完全相同的新進(jìn)程，新進(jìn)程擁有一個(gè)新的PID。在創(chuàng)建新進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)將對(duì)現(xiàn)有進(jìn)程的許多資源進(jìn)行拷貝，包括內(nèi)存空間、全局?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)、代碼段、文件描述符等等，新進(jìn)程與現(xiàn)有進(jìn)程共享這些資源。
然而，在完成復(fù)制并準(zhǔn)備運(yùn)行時(shí)，新進(jìn)程必須有一套獨(dú)立的內(nèi)存空間，因?yàn)檫M(jìn)程之間都是獨(dú)立的。為此，操作系統(tǒng)采用了一種稱為 COW（Copy On Write）機(jī)制，首先是將父進(jìn)程的地址空間完全復(fù)制到子進(jìn)程中，但并不真正復(fù)制每一頁內(nèi)存，而是讓它們共享相同的物理內(nèi)存頁面。如果新進(jìn)程（即子進(jìn)程）對(duì)共享內(nèi)存頁面進(jìn)行修改，操作系統(tǒng)會(huì)將該頁面復(fù)制到新的物理頁面上，并將修改應(yīng)用于新物理頁面，從而實(shí)現(xiàn)頁面的寫時(shí)復(fù)制。
四、
Linux中的fork()是非常強(qiáng)大的功能，它使得用戶可以通過在程序中調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用，很容易地創(chuàng)建新的進(jìn)程。這樣，用戶就可以在一個(gè)進(jìn)程中運(yùn)行多個(gè)指令流，從而實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的效果。
此外，在分布式系統(tǒng)或客戶端服務(wù)器應(yīng)用程序中，fork()也是一種常見的處理方式，常常用于創(chuàng)建接受客戶端請(qǐng)求的新進(jìn)程。通過掌握和理解fork()的機(jī)制和實(shí)現(xiàn)原理，可以更好地理解和應(yīng)用Linux中的進(jìn)程管理，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- linux中的fork是創(chuàng)建進(jìn)程還是線程
- Linux應(yīng)用程序中出現(xiàn)兩次fork的解釋
linux中的fork是創(chuàng)建進(jìn)程還是線程
fork是創(chuàng)建進(jìn)程，pthread是線程。
他說的沒錯(cuò) fork()函數(shù)是用來創(chuàng)建子進(jìn)程的pthread_create()是用來創(chuàng)建線程的
Linux應(yīng)用程序中出現(xiàn)兩次fork的解釋
一個(gè)進(jìn)程使用fork創(chuàng)建子進(jìn)程，如果子進(jìn)程退出，而父進(jìn)程并沒有調(diào)用wait或waitpid獲取子進(jìn)程的狀態(tài)信息，那么子進(jìn)程的進(jìn)程描述符悄姿告仍然保存在系統(tǒng)中。這種進(jìn)程稱之為僵死進(jìn)程。
在一些程序中經(jīng)常啟明看見使用兩次fork創(chuàng)建子進(jìn)程，原因如下：
以下摘自《UNIX環(huán)境高級(jí)編程》
如果一個(gè)冊(cè)轎進(jìn)程fork一個(gè)子進(jìn)程，但不要它等待子進(jìn)程終止，也不希望子進(jìn)程處于僵死狀態(tài)直到父進(jìn)程終止，實(shí)現(xiàn)這一要求的技巧是調(diào)用fork兩次。程序如下：
#include
＂apue.h＂
#include
int
main（void）
{
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當(dāng)前標(biāo)題：深入淺出：理解Linux進(jìn)程的fork操作 (linux 進(jìn)程fork())
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