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Linux：fork()函数详解：原理、用法及经典面试题解析

news 2025/9/25 15:01:41

1. 什么是fork()函数？

fork()是Linux/Unix系统中用于创建新进程的系统调用。它通过复制当前进程（父进程）来创建一个全新的进程（子进程）。

函数原型：

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);

2. 函数详解

头文件

#include <unistd.h>  // 必须包含的头文件
#include <sys/types.h> // 用于pid_t类型定义

参数

无参数：fork()函数不需要任何参数

返回值

成功时：
父进程中返回子进程的PID（进程ID） 子进程中返回0
失败时：返回-1，并设置errno

3. fork()执行流程

4. 基础代码示例

示例1：最基本的fork()使用

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main() {pid_t pid = fork();  // 创建子进程if (pid == -1) {     // fork失败perror("fork failed");return 1;} else if (pid == 0) {  // 子进程printf("这是子进程，PID=%d，父进程PID=%d\n", getpid(), getppid());} else {               // 父进程printf("这是父进程，PID=%d，创建的子进程PID=%d\n", getpid(), pid);}return 0;
}

运行结果：这是父进程，PID=1234，创建的子进程PID=1235
这是子进程，PID=1235，父进程PID=1234

5. 经典面试题解析

面试题1：多个fork()调用

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {fork();  // 第1次forkfork();  // 第2次forkprintf("Hello, World! PID=%d\n", getpid());return 0;
}

运行结果： 共打印4次"Hello, World!"即：

Hello, World! PID=1234
Hello, World! PID=1235
Hello, World! PID=1236
Hello, World! PID=1237

解析： 每次fork()都会使进程数翻倍，形成进程树。

面试题2：fork()在循环中

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {int i;for(i=0; i<3; i++) {fork();printf("PID=%d, i=%d\n", getpid(), i);}return 0;
}

解析： 这个代码会产生更多的进程，因为每次循环都会fork()，包括已经fork出来的子进程也会继续循环。

6. 实际应用场景

场景1：并行任务处理

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {int data[] = {1, 2, 3, 4, 5};int n = sizeof(data)/sizeof(data[0]);for(int i=0; i<n; i++) {pid_t pid = fork();if(pid == 0) {  // 子进程处理任务printf("子进程%d处理数据: %d的平方=%d\n", getpid(), data[i], data[i]*data[i]);_exit(0);   // 子进程完成任务后退出}}// 父进程等待所有子进程结束for(int i=0; i<n; i++) {wait(NULL);}printf("所有子进程处理完成！\n");return 0;
}

场景2：网络服务器模型

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/wait.h>
void handle_client(int client_sock) {// 模拟处理客户端请求printf("进程%d正在处理客户端请求\n", getpid());sleep(2);  // 模拟处理时间close(client_sock);
}
int main() {// 模拟服务器接收连接（简化版）int client_count = 3;  // 模拟3个客户端连接for(int i=0; i<client_count; i++) {pid_t pid = fork();if(pid == 0) {  // 子进程处理客户端handle_client(i);  // 传入客户端socketprintf("进程%d完成客户端处理\n", getpid());_exit(0);} else if(pid > 0) {  // 父进程printf("创建子进程%d处理客户端%d\n", pid, i);}}// 父进程等待所有子进程while(wait(NULL) > 0);  // 等待所有子进程退出printf("服务器处理完成所有客户端请求\n");return 0;
}

7. 重要注意事项

7.1 资源继承

子进程会继承父进程的：

1、打开的文件描述符2、信号处理设置3、当前工作目录4、环境变量等

7.2 写时复制（Copy-on-Write）

Linux采用写时复制技术优化fork()性能：

子进程刚创建时与父进程共享物理内存

只有当需要修改内存页时才进行复制

大大提高了fork()的效率

7.3 避免僵尸进程

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
int main() {pid_t pid = fork();if(pid == 0) {  // 子进程printf("子进程工作完成\n");} else {        // 父进程wait(NULL);  // 等待子进程结束，避免僵尸进程printf("父进程回收子进程\n");}return 0;
}