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操作系统-实验-进程

news 2025/8/9 7:24:51

怎样创建一个子进程

首先配置号c语言的环境 gcc编译

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{//pid_t是数据类型，实际上是一个整型，通过typedef重新定义了一个名字，用于存储进程idpid_t pid,cid;//getpid()函数返回当前进程的id号printf("Before fork Process id :%d\n", getpid());/*fork()函数用于创建一个新的进程，该进程为当前进程的子进程，创建的方法是：将当前进程的内存内容完整拷贝一份到内存的另一个区域，两个进程为父子关系，他们会同时（并发）执行fork()语句后面的所有语句。fork()的返回值：如果成功创建子进程，对于父子进程fork会返回不同的值，对于父进程它的返回值是子进程的进程id值，对于子进程它的返回值是0.如果创建失败，返回值为-1.*/cid = fork();printf("After fork, Process id :%d\n", getpid());pause();return 0;
}

在这里插入图片描述

gcc helloProcess.c -o helloProcess

执行下

./helloProcess

在这里插入图片描述
可以看到有三行输出
前两行创建子进程之前和创建子进程之后都为91476，这个91476为父进程的pid，在创建了子进程后，子进程只打印了after fork日志

印证下父子进程的关系
在这里插入图片描述
可以看到倒数后两行，81479的ppid即父进程为91476

在这里插入图片描述
其中有个关键函数fork函数，这个函数的作用为创建子进程
子进程将父进程完全复制一份内存空间变成子进程
在执行了fork之后会并发执行fork之后的所有代码，注意并发执行为交替执行，同一时刻只会有一个程序运行，原因以及父子进程执行时机区别如下：

fork 创建子进程时，系统会为子进程分配独立的地址空间，但初始时父子进程共享相同的代码段（即程序计数器指向同一位置）。当子进程开始执行时，其程序计数器会从fork()调用点开始继续执行后续代码，而父进程则从fork()返回后继续执行后续代码
地址空间隔离‌
– fork()调用后，子进程获得父进程的内存映像副本（包括代码和数据），但操作系统通常采用‌写时复制‌（copy-on-write）机制优化资源使用，即初始共享地址空间仅在写入时才分配给子进程独立空间。 ‌
程序计数器初始化‌
– 子进程的初始程序计数器值与父进程相同，均指向fork()调用点。随后子进程通过程序计数器自动跳转到fork()之后的代码执行。 ‌
执行机制差异‌
– 父进程在fork()返回后继续执行后续代码，而子进程则从fork()返回点开始执行后续代码。这种机制确保父子进程按预期逻辑分离执行

可以看到刚才的程序fork之后先执行了父进程的打印日志，再执行的子进程的打印日志，那怎样让子进程先运行，父进程后运行呢

首先来看看怎样区分父子进程

区分父子进程

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{//pid_t是数据类型，实际上是一个整型，通过typedef重新定义了一个名字，用于存储进程idpid_t pid,cid;//getpid()函数返回当前进程的id号printf("Before fork Process id :%d\n", getpid());/*fork()函数用于创建一个新的进程，该进程为当前进程的子进程，创建的方法是：将当前进程的内存内容完整拷贝一份到内存的另一个区域，两个进程为父子关系，他们会同时（并发）执行fork()语句后面的所有语句。fork()的返回值：如果成功创建子进程，对于父子进程fork会返回不同的值，对于父进程它的返回值是子进程的进程id值，对于子进程它的返回值是0.如果创建失败，返回值为-1.*/cid = fork();printf("After fork, Process id :%d\n", cid);pause();return 0;
}

在这里插入图片描述

注意这里的after 打印日志改成了cid
cid即fork()的返回值：

如果成功创建子进程，对于父子进程fork会返回不同的值，对于父进程它的返回值是子进程的进程id值，对于子进程它的返回值是0.
如果创建失败，返回值为-1.

判断父子进程打印日志

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{//pid_t是数据类型，实际上是一个整型，通过typedef重新定义了一个名字，用于存储进程idpid_t pid,cid;//getpid()函数返回当前进程的id号printf("Before fork Process id :%d\n", getpid());/*fork()函数用于创建一个新的进程，该进程为当前进程的子进程，创建的方法是：将当前进程的内存内容完整拷贝一份到内存的另一个区域，两个进程为父子关系，他们会同时（并发）执行fork()语句后面的所有语句。fork()的返回值：如果成功创建子进程，对于父子进程fork会返回不同的值，对于父进程它的返回值是子进程的进程id值，对于子进程它的返回值是0.如果创建失败，返回值为-1.*/cid = fork();if (cid ==0){ //子进程printf("Child Process id :%d\n",getpid());}else{ //父进程printf("parent Process id :%d\n",getpid());}pause();return 0;
}

在这里插入图片描述

在父子进程加上for循环

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{pid_t cid;printf("Before fork process id :%d\n", getpid());cid = fork();if(cid == 0){ //该分支是子进程执行的代码printf("Child process id (my parent pid is %d):%d\n", getppid(),getpid());for(int i=0; i<3 ; i++)printf("hello\n");}else{ //该分支是父进程执行的代码printf("Parent process id :%d\n", getpid());for(int i=0; i<3 ; i++)printf("world\n");}return 0;
}

在这里插入图片描述
可以看到先执行副进程的3次for循环，再执行子进程的3次循环

父子进程执行顺序

从上述实验看出父子进程好像执行有顺序，但时机父子进程为并发执行的，但为啥看起来像是串行执行的呢

这个是由于执行的循环此时太少 CPU一次执行得太快看起来没有并发交替执行
把循环此时增加再看看

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{pid_t cid;printf("Before fork process id :%d\n", getpid());cid = fork();if(cid == 0){ //该分支是子进程执行的代码printf("Child process id (my parent pid is %d):%d\n", getppid(),getpid());for(int i=0; i<300 ; i++)printf("hello\n");}else{ //该分支是父进程执行的代码printf("Parent process id :%d\n", getpid());for(int i=0; i<300 ; i++)printf("world\n");}return 0;
}

在这里插入图片描述

进程之间的变量共享

假设在父子进程执行之前定义了变量value，在两个进程的变量会怎样变化呢

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>int main()
{pid_t cid;int value = 100;cid = fork();if(cid == 0){ //该分支是子进程执行的代码for(int i=0; i<3 ; i++)printf("In child: value=%d\n",value--);}else{ //该分支是父进程执行的代码for(int i=0; i<3 ; i++)printf("In parent: value=%d\n", value++);}return 0;
}