写在前面

本文主要介绍一些Linux系统编程中进程控制的一些函数

fork

作用：用于从一个已存在的进程中创建一个新进程，新进程称为子进程，原进程称为父进程。
函数原型：pid_t fork(void);

需要的头文件：

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

返回值：

成功：
- 在子进程中返回 0
- 在父进程中返回创建的子进程的pid
失败：返回-1，并设置errno
- 当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时 errno 的值被设置为 EAGAIN。
- 系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。

案例

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]){
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0){ 
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(pid == 0){ 
        printf("I am child my pid is %d\n", getpid()); //getpid函数用于获取当前进程的pid
    } else {
        printf("I am parent my pid is %d\n", getpid());
    }   
    return 0;
}

程序运行结果如下

从运行结果，我们可以看出，fork() 之后的打印函数打印了两次，而且打印了两个进程号，这说明，fork() 之后确实创建了一个新的进程，新进程为子进程，原来的进程为父进程。

那子进程长什么样的呢？

使用 fork() 函数得到的子进程是父进程的一个复制品，它从父进程处继承了整个进程的地址空间：包括进程上下文（进程执行活动全过程的静态描述）、进程堆栈、打开的文件描述符、信号控制设定、进程优先级、进程组号等。子进程所独有的只有它的进程号，计时器等（只有小量信息）。因此，使用 fork() 函数的代价是很大的。

简单来说，一个进程调用 fork() 函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。
实际上，更准确来说，Linux 的 fork() 使用是通过写时拷贝 (copy- on-write) 实现。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一个地址空间。只用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,读时共享，写时复制。

父子进程相同：刚fork后父子 data段、text段、堆、栈、环境变量、全局变量、宿主目录位置、进程工作目录位置、信号处理方式
父子进程不同：
进程id、返回值、各自的父进程、进程创建时间、闹钟、未决信号集
父子进程共享：读时共享、写时复制。———————— 全局变量。
- 文件描述符
- mmap映射区

获得进程号

函数：

pid_t getpid(void);
- 作用：获取本进程号（PID）
pid_t getppid(void);
- 作用：获取调用此函数的进程的父进程号（PPID）
pid_t getpgid(pid_t pid);
- 作用：获取进程组号（PGID）
- 参数：参数为 0 时返回当前进程组号，否则返回参数指定的进程的进程组号

头文件：

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

案例

循环创建子进程。在前面提到过，创建子进程的过程是一个树型的过程，如果单单使用循环去创建的话，过程大概如下

从上图可以看出，当n=2时，创建了 $2^n - 1$个子进程，而不是 $n$ 个子进程，所以循环创建子进程的代码如下

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[]){
    pid_t pid;
    int i = 0;
    for(i = 0;i < 5;i++){
        pid = fork();
        if(pid == 0)
            break;
    }   
    
    if(pid < 0){ 
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(pid == 0){ 
        printf("I am %dth child my pid is %d\n",i+1, getpid());
    } else {
        printf("I am parent\n");
    }   
    return 0;
}

执行结果如下，因为在CPU看来所有进程都是同时产生的，所以进程的调度是随机的，谁先抢到CPU的资源谁就先打印自己的pid

vfork

作用：vfork() 函数和 fork() 函数一样都是在已有的进程中创建一个新的进程，但它们创建的子进程是有区别的

返回值：

成功：子进程中返回 0，父进程中返回子进程 ID。pid_t，为无符号整型。
失败：返回 -1，设置errno

fork() 与 vfock() 都是创建一个进程，那它们有什么区别呢？

父子执行程序的顺序，通过fork()出来的子进程与父进程执行的顺序由CPU随机决定，而通过vfork出来的保证子进程先运行，在它调用exec族函数与exit之后父进程才可能被调度运行。

fork()：子进程拷贝父进程的地址空间，子进程是父进程的一个复制品。
vfork()：子进程共享父进程的地址空间（准确来说，在调用 exec（进程替换）或 exit（退出进程）之前与父进程数据是共享的）

案例

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <error.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>

int a = 20; 
int main(int argc, char *argv[]){
    pid_t pid;
    int b = 50;  //在父进程中创建两个变量
    pid = vfork();
    
    if(pid < 0){ 
        perror("fork error");
        exit(1);
    } else if(pid == 0){ 
        sleep(3);//让子进程睡三秒
        a = 200;
        b = 500;
        printf("I am child a = %d b = %d\n",a, b); 
        exit(1);
    } else {
        printf("I am parent a = %d b = %d\n", a, b); 
    }   
    return 0;
}

从程序的执行结果来看，子进程在没调用exit以前，即使睡眠父进程仍然要等子进程结束才能运行，且当变量在子进程内更改，父进程内变量的地址也被更改。
vfork() 保证子进程先运行，在它调用 exec（进程替换）或 exit（退出进程）之后父进程才可能被调度运行。如果子进程没有调用 exec, exit, 程序则会导致死锁，程序是有问题的程序，没有意义，所以用 vfork() 创建进程，子进程里一定要调用 exec（进程替换）或 exit（退出进程）。

父子进程的调试

父子进程的GDB调试

设置父进程调试路径：set follow-fork-mode parent (默认)
设置子进程调试路径：set follow-fork-mode child