fork()执行过程

Question

fork() 函数是如何工作的？

下面这段代码：

#include <stdio.h>

int main (int argc, char const *argv[])
{
printf("Hi\n");
int i;
for(i = 1; i < argc; i++)
{
    printf("Argument %d is %s\n", i, argv[i]);
    fork();
    printf("Forked in for loop increment %d\n", i);
}


return 0;
}

给出以下输出

/a.out hello world 参数1是hello 在for循环增量1中分叉 参数2是world 在for循环增量2中分叉 在for循环增量1中分叉 参数2是world 在for循环增量2中分叉 在for循环增量2中分叉

通常情况下，fork()执行哪些代码？我想了解fork()的原理，而不仅仅是基于这个例子。我可以在命令行上有多个参数。

- some_id

Answer 1

fork 是一个系统调用，也就是一个调用内核的库例程。在处理 fork 调用时，内核会创建一个新的进程，该进程执行与调用它的进程相同的程序。新进程开始执行就好像它自己调用了 fork 一样；返回值与父进程不同，因此可以区分这两个进程。

调用 fork 的常见习惯用法是：

pid_t pid = fork();

switch (pid) {
  case -1:
    /* an error occurred, i.e. no child process created */
    handle_error();
  case 0:
    /* a return value of 0 means we're in the child process */
    do_child_stuff();
    break;  // or _exit()
  default:
    /* we're in the parent; pid is the child's process id */
    do_parent_stuff();
}

这是如何工作的：操作系统创建一个接近完美的进程副本，调用 fork 的进程（PID和一些其他值不同，但内存内容基本相同并且通常两个进程都打开相同的文件）。 拷贝通常使用所谓的写时复制（COW）语义完成，因此直到其中一个进程开始分配变量，几乎没有实际拷贝。

- Fred Foo

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所以我的打印输出结果是误导我的。在for循环中使用fork（）很奇怪，对吧？ - some_id

你的程序的输出顺序是不确定的。在循环中使用 fork 不太奇怪（您可能想要创建一些 n 个工作进程），但是裸 fork（即子进程和父进程运行相同代码）非常罕见。大多数情况下，fork 只是为调用 exec 做准备。 - Fred Foo

@Helium3 有点奇怪的是，代码没有将fork的返回值存储在一个名为childpid的变量中，然后根据它是0（在子进程中）、正数（在父进程中）还是负数（失败）来执行不同的操作。这可能发生在循环中或不在循环中。 - Jim Balter

一个人怎样使用这些 pid？在上述的 switch 中，人们是否会知道哪个 pid 会执行，因为 pid_t pid = fork(); 返回一个具体的 pid，或者为什么返回的 pid 可能是子进程或者父进程？一个人如何随后根据需要使用这些 pid？是否有可能在一个 pid 上使用一些库函数，比如（猜测一下）sleep() 或 kill()。fork 出的进程能否递归地创建所需数量的进程，并从主进程中跟踪它们？ - some_id

当然可以。我只是想知道，如果pid被设置为进程创建的失败或成功，是什么阻止它在switch中执行-1或0？ - some_id

Answer 2

请注意进程数量呈指数增长，因此对于100个参数，我们将谈论1267650600228229401496703205376个进程。希望您有一台真正强大的电脑：）。

我将在此回答您的评论，这可能有助于您了解fork。

每次循环后，您将使进程数量翻倍。因此，在N个循环后，您将得到2^N个进程。或者在100个循环后，您将得到我给您的那个巨大的数字。

顺便说一句，fork bombs是最常见的DoS攻击之一:)。

- Klark

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这有点夸张了。 ;) 你是怎么得出那个数字的？ - some_id

每个参数都会使派生进程的数量翻倍。因此，最终你将拥有2^n个进程。很长一段时间内，大多数操作系统一次无法管理超过2^16个进程，这是由于进程ID（PID）以前通常是一个16位数字。即使今天的操作系统大多使用32位类型的PID，通常也会有一个2^16的限制。但是，在一个系统上很少会同时产生超过1000个进程。 - datenwolf

谢谢你提供的信息。@Klark：分叉炸弹链接很有趣，谢谢。 - some_id