Linux 系统编程之多任务实现（一）

在系统编程中实现多任务一般使用fork函数，其需要的头文件：

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

Fork 函数原型如下：

pid_t fork(void);

功能：

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。

参数：无

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。

失败的两个主要原因是：

1 ）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。

2 ）系统内存不足，这时 errno 的值被设置为 ENOMEM。

测试示例如下：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

    fork();

    printf("id ==== %d\n", getpid());  // 获取进程号

    return 0;

}

运行结果：

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，COW技术) 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。

子进程是父进程的一个复制品，可以简单认为父子进程的代码一样的。那大家想过没有，这样的话，父进程做了什么事情，子进程也做什么事情（如上面的例子），是不是不能实现满足我们实现多任务的要求呀，那我们是不是要想个办法区别父子进程呀，这就通过 fork() 的返回值。

fork() 函数被调用一次，但返回两次。两次返回的区别是：子进程的返回值是 0，而父进程的返回值则是新子进程的进程 ID。

测试代码：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

    pid_t pid;

    pid = fork();

    if( pid < 0 ){    // 没有创建成功

        perror("fork");

    }

    if(0 == pid){ // 子进程

        while(1){

            printf("I am son\n");

            sleep(1);

        }

    }else if(pid > 0){ // 父进程

        while(1){

            printf("I am father\n");

            sleep(1);

        }

    }

    return 0;

}

运行结果：

通过运行结果，可以看到，父子进程各做一件事（各自打印一句话）。这里，我们只是看到只有一份代码，实际上，fork() 以后，有两个地址空间在独立运行着，有点类似于有两个独立的程序（父子进程）在运行着。需要注意的是，在子进程的地址空间里，子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。

一般来说，在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法

下面的例子，为验证父子进程各自的地址空间是独立的

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int a = 10;       // 全局变量

int main(int argc, char *argv[])

{

    int b = 20;   //局部变量

    pid_t pid;

    pid = fork();

    if( pid < 0 ){    // 没有创建成功

        perror("fork");

    }

    if(0 == pid){ // 子进程

        a = 111;

        b = 222;   // 子进程修改其值

        printf("son: a = %d, b = %d\n", a, b);

    }else if(pid > 0){ // 父进程

        sleep(1);  // 保证子进程先运行,但不保证1秒足够

        printf("father: a = %d, b = %d\n", a, b);

    }

    return 0;

}

运行结果：

通过得知，在子进程修改变量 a，b 的值，并不影响到父进程 a，b 的值。

在以后的编程中，fork() 之后最好是加上判断，区别哪个是子进程的空间，哪个为父进程的空间，否则，fork() 以后的代码为父子进程各有一份，对于用户而言，没有太大意义，如例子1。