前言
进程和线程是两种CPU资源以及调度的描述。
这句话可能有点拗口，所以简单展开说明一下。
现代CPU太快了，所有的资源（RAM， device, bus..)都无法填满它。所以有多个任务时，CPU就轮流着来处理。得到CPU资源时，其他总线，显卡，RAM等等都要准备好，这样就构成了我们程序执行的上下文。等执行完或CPU分配给它的时间用完了，它就要被切换出去，等待CPU的下一次临幸。当然切换出去之前会保存上下文。
所以从CPU的角度看它整天就在： 加载A的上下文，执行A，保存A的上下文，调入B的上下文，执行B，保存B的上下文。。。
进程就是包括上下文切换在内的程序执行时间总和 = cpu加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文
进程颗粒度太大，每次都有上下文的调入调出开销。而一段程序一定有多个块，可以把它分成A, B, C多个块，然后这样执行：
CPU加载程序上下文，执行A， 执行B，执行C， 执行A， 执行B，执行C。。。， CPU保存程序上下文。
也就是线程共享了进程的上下文。
Fork基础
一个进程包括代码，数据和分配给进程的资源。fork函数调用会使内核创建一个与原来进程几乎完全相同的进程。内核会给新进程分配新的资源，然后把原来进程的值拷贝到新进程中，只有少数如fork()返回值不同。
一般我们称原进程为父进程，fork()出来的新进程为子进程。
注意： 父进程和子进程的执行顺序是不定的
所以运行下面的例子，可能输出结果会有差异，关键是理解fork()的机制原理。
在fork.c里主要的函数包括
verify_area
void verify_area(void * addr,int size) // addr 是虚拟地址 ，size是需要写入的字节大小copy_mem
int copy_mem(int nr,struct task_struct * p) //拷贝内存页表，把进程p的数据段copy到nr*TASK的线性地址处copy_process
int copy_process(int nr,long ebp,long edi,long esi,long gs,long none,
long ebx,long ecx,long edx, long orig_eax,
long fs,long es,long ds,
long eip,long cs,long eflags,long esp,long ss)
//拷贝系统进程信息，数据段,并设置必要的registers,find_empty_process
int find_empty_process(void) //为新进程获取不重复的pid在Linux中，对fork进行了优化，调用时采用写时复制 (COW，copy on write）的方式，在系统调用fork生成子进程的时候，不马上为子进程复制父进程的资源，而是在遇到“写入”（对资源进行修改）操作时才复制资源。
语法
#include <sys/types.h> //define pid_t
#include <unistd.h>
pid_t fork(void)返回值
0: 返回给子进程，子进程的ID返回给父进程
-1: 出错， 返回给父进程，错误原因返回到errno
>0: 子进程的ID返回给父进程
EAGAIN: 进程ID号达到最大可使用值
ENOMEM： 内存不足，无法配置核心所需的数据结构
例子
初级示例
//
// Created by : Harris Zhu
// Filename : test.c
// Author : Harris Zhu
// Created On : 2017-08-19 17:36
// Last Modified :
// Update Count : 2017-08-19 17:36
// Tags :
// Description :
// Conclusion :
//
//=======================================================================
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main (int argc, char**argv)
{
pid_t pid;
int count=0;
pid=fork();
if (pid < 0)
perror("fork error!");
else if (pid == 0) {
printf("the pid of son is %d\n",getpid());
count++;
}
else {
printf("the pid of parent is %d\n",getpid());
count++;
}
printf("count = %d\n",count);
return 0;
}
输出：
the pid of parent is 20081
count = 1
the pid of son is 20082
count = 1fork函数执行结束后，如果创新成功，则出现两个进程，父进程（原来进程），子进程。
在子进程中，fork()返回0， 在父进程中返回子进程的ID。
fork后的两个进程没有固定的先后顺序。
可以通过getpid()函数来获得自己的进程ID，可以通过getppid()函数来获得自己父进程ID
中级示例
代码
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// Created by : Harris Zhu
// Filename : test.c
// Author : Harris Zhu
// Created On : 2017-08-19 17:55
// Last Modified :
// Update Count : 2017-08-19 17:55
// Tags :
// Description :
// Conclusion :
//
//=======================================================================
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char** argv)
{
int i=0;
printf("i\tson/father\tppid\tpid\trpid\n");
for(i=0;i<2;i++){
pid_t rpid=fork();
if(rpid==0)
printf("%d\tson\t\t%4d\t%4d\t%4d\n",i,getppid(),getpid(),rpid);
else
printf("%d\tfather\t\t%4d\t%4d\t%4d\n",i,getppid(),getpid(),rpid);
}
sleep(1);
return 0;
}
注意 程序中我sleep 1s是为了防止子进程还未结束，父进程先结束，这时ppid会显示1
输出
为了阅读方便，我这里用表格
| i | son/father | ppid | pid | rpid |
|---|---|---|---|---|
| 0 | father | 20425 | 20426 | 20427 |
| 0 | son | 20426 | 20427 | 0 |
| 1 | father | 20425 | 20426 | 20428 |
| 1 | father | 20426 | 20427 | 20429 |
| 1 | son | 20426 | 20428 | 0 |
| 1 | son | 20427 | 20429 | 0 |
关系图
规律总结
for循环次数为N，
执行print次数： $2*(1+2+4+...2^{N-1})$
生成的新进程为： $(1+2+4+...+2^{N-1})$
统计进程
可以用printf("%d\n", getpid()) 或printf("+\n")来判断
中高级示例
代码
//
// Created by : Harris Zhu
// Filename : test.c
// Author : Harris Zhu
// Created On : 2017-08-19 21:30
// Last Modified :
// Update Count : 2017-08-19 21:30
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// Description :
// Conclusion :
//
//=======================================================================
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char ** argv)
{
pid_t pid;
static int a=0;
printf("a=%d current pid=%d\n\n", a, getpid());
pid = fork();
if(pid <0)
perror("fork error!");
printf("a=%d pid=%d, ppid=%d\n", a, pid, getppid());
sleep(0.1);
a++;
pid = fork();
if(pid <0)
perror("fork error!");
printf("a=%d pid=%d, ppid=%d\n", a, pid, getppid());
sleep(0.1);
a++;
pid = fork();
if(pid <0)
perror("fork error!");
printf("a=%d pid=%d, ppid=%d\n", a, pid, getppid());
sleep(0.1);
printf("getpid = %d getppid= %d \n\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
return 0;
}输出
a=0 current pid=24369
a=0 pid=24370, ppid=24368
a=0 pid=0, ppid=24369
a=1 pid=24371, ppid=24368
a=1 pid=24372, ppid=24369
a=2 pid=24373, ppid=24368
getpid = 24369 getppid= 24368
a=2 pid=0, ppid=24369
getpid = 24373 getppid= 24369
a=2 pid=24374, ppid=24369
getpid = 24370 getppid= 24369
a=1 pid=0, ppid=24369
a=2 pid=0, ppid=24370
getpid = 24374 getppid= 24370
a=2 pid=24375, ppid=24369
a=1 pid=0, ppid=24370
getpid = 24371 getppid= 24369
a=2 pid=0, ppid=24371
getpid = 24375 getppid= 24371
a=2 pid=24376, ppid=24370
getpid = 24372 getppid= 24370
a=2 pid=0, ppid=24372
getpid = 24376 getppid= 24372分析图
对照输出，可以画出下面的继承关系图，以及执行顺序
我不展开讲解这个运行结果如何来的，作为学习，如果能自己画个框图搞清楚执行的顺序和逻辑，那么就算是学懂fork()了
高级示例
代码
这是网上非常著名的一个示例。理解这个例子感觉就像在解初中的数学道，特别有趣。
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// Created by : Harris Zhu
// Filename : test.c
// Author : Harris Zhu
// Created On : 2017-08-19 20:08
// Last Modified :
// Update Count : 2017-08-19 20:08
// Tags :
// Description :
// Conclusion :
//
//=======================================================================
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char** argv)
{
fork();
fork() && fork() || fork();
fork();
printf("+\n");
sleep(1); //if no this lien, it prints out 19 +
return 0
}分析
第一个和最后一个是肯定执行的
下面分析一下中间3个fork()的执行
A&&B: 如果A为0， 则忽略B的执行
A||B: 如果A为1， 则忽略B的执行
上图中一个5个进程， 总共2*5*2=20个进程
完整分支图如下,空间原因fork #0未展开，它和fork #1是对称的
后序
内核对于进程的创建，调度和清理等细节就不展开，有兴趣的可以自行搜索。如果个人有兴趣讨论，可以发信给我邮箱
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