Linux中fork系統調用

1. fork系統調用頭檔案：<unistd.h>；

2. fork系統調用的原型：pid_t fork()；

3. fork系統調用的傳回值：pid_t是程序描述符類型，本質就是一個int。如果fork函數執行失敗，傳回一個負數(<0)；如果fork調用執行成功，傳回兩個值：0和所建立子程序的ID。

4. fork系統調用的功能：以目前程序作為父程序建立出一個新的子程序，并且将父程序的所有資源拷貝給子程序，這樣子程序作為父程序的一個副本存在。父子程序幾乎時完全相同的，但也有不同的如父子程序ID不同。

5. 注意：當fork系統調用成功時，它會傳回兩個值：一個是0，另一個是所建立的新的子程序的ID（>0）。當fork成功調用後此時有兩個資料相同的父子程序，我們可以通過fork的傳回值來判斷接下來程式是在執行父程序還是子程序。

pid_t pid = fork();
if(pid == 0)
{
      //在子程序中
}
else if(pid > 0)
{
      //在父程序中
}
else
{
     //fork調用失敗
}
           

6. fork調用與檔案描述符的關系

前面我們知道當我們使用fork系統調用以目前程序作為父程序建立出了一個子程序，父程序将自己的在fork系統調用之前的所有資料和代碼都複制一份給子程序，此時子程序相當于父程序的一個拷貝。對于在fork調用之前打開的檔案也一樣，也會做一個拷貝将檔案描述符複制給子程序，這樣父子程序可以同時對一個檔案進行操作。但是這種操作是共享式的，父子程序共享這個檔案描述符所索引的檔案。何謂父子程序共享這個檔案呢？舉個簡單例子說明下

如果一個已經打開的txt檔案，裡邊的内容是一個字元串“abcdefg”。在父程序中讀取前兩個字元“ab”，此時檔案指針指向c。如果在子程序中再次讀取兩個字元，那麼它讀取就是“cd”，并且讀完後檔案指針指向e。這就是父子程序以共享的方式來操作檔案。下面我們通過代碼說明這個關系：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<fcntl.h>//為了使用O_RD_ONLY
int gb = 10;
using namespace std;
int main()
{
	int fd = open("fork.txt", O_RDONLY);
	if(fd < 0)//檔案描述符是一個非負整數：0是stdin的檔案描述符，1是stdout的檔案描述符，2是stderr的檔案描述符
	{
		cout<<"error in open the file!"<<endl;
		exit(1);
	}
	cout<<"檔案描述符為："<<fd<<endl;
	char *c = new char[3];
	int a = 5;
	cout<<"main函數中的程序ID："<<getpid()<<endl;
	pid_t pid = fork();//fork系統調用的作用是：使用目前程序作為副本建立出一個子程序。它會傳回兩個值，一個是子程序的ID，一個是0
	if(pid == 0)//在子程序中
	{
		read(fd, c, 2);
		c[2] = '\0';
		cout << "---------------------------------------------"<<endl;
		cout << c << endl;
		gb += 10;
		a += 10;
		cout << "gb = " << gb << ",a = " << a << endl;
		cout << "子程序ID:" << getpid() << "，子程序的父程序ID為：" << getppid() << endl;
		cout << "子程序中pthread_self():" << pthread_self() << endl;//因為兩個pthread_self()函數都是在主線程中的，是以兩個擷取的線程ID相同
	}
	else if(pid > 0)//在目前程序中,也就是父程序中
	{
		read(fd, c, 2);
		c[2] = '\0';
		cout << "--------------------------------------------"<<endl;
		cout << c << endl;
		cout << "gb = " << gb << ",a = " << a << endl;
		cout << "父程序ID:" << getpid() << "，父程序的父程序ID為：" << getppid() << endl;
		cout<<"父程序中pthread_self():"<<pthread_self()<<endl;//因為兩個pthread_self()函數都是在主線程中的，是以兩個擷取的線程ID相同
	}
	else
	{
		cout<<"fork error!"<<endl;
		exit(1);
	}
	close(fd);//關閉檔案描述符對應的檔案，如果關閉成功傳回0，關閉失敗傳回-1
	return 0;
}
           

在linux中執行結果：

這裡我們使用open系統調用打開了一個名為fork.txt的檔案，檔案中的是一個個字元串。

 （1）檔案描述符為3：因為系統中0時stdin的檔案描述符，1是stdout的檔案描述符，2是stderr的檔案描述符。其他的用于索引我們自己打開的檔案描述符，每打開一個一個檔案就是使用最小的可使用的檔案描述符表示。如果再打開一個檔案，他的fd是4.

（2）使用getpid()函數可以擷取目前程序的ID，使用getppid()可以擷取目前程序的父程序的ID，使用pthread_self()可以擷取目前線程的ID。

（3）通過結果可以看出我們使用fork建立了子程序并在子程序中對變量gb和a做了修改，但是這個修改并不會影響到父程序中兩個變量的值。這是因為fork系統調用将父程序中的變量拷貝一份給子程序中。父子程序中的資料各不相關。

（4）在父程序中使用read系統調用讀取檔案的前兩個字元ab。然後在子程序中再次讀取兩個字元是cd，而不是ab。這說明父子程序共享同一個檔案，它們對檔案的操作是同步的。