详解linux中的fork函数
在 Linux 系统中，fork 是一个非常重要的系统调用，用于创建新进程，以下为你详细介绍：
在这里我们需要特别明确的一点就是“调用一次，返回两次”
正在执行的代码程序遇到fork函数会发出俩个，一个为父，一个为子，父的fork和子的fork有不同的返回值
- 基本概念：fork 函数可以创建一个新的进程，称为子进程，而调用 fork 的进程则为父进程。子进程是父进程的副本，它会获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本，但父子进程拥有相互独立的地址空间。这意味着，虽然子进程复制了父进程的这些资源，但后续父子进程对这些资源的修改不会相互影响 。同时，父子进程会共享父进程中打开的文件描述符，即父、子进程中相同编号的文件描述符在内核中指向同一个 file 结构体，file 结构体的引用计数会增加。
- 函数原型及返回值：
- 函数原型：
pid_t fork(void)，该函数不需要传入参数。其中pid_t本质是int类型，在#include <sys/types.h>中定义，同时还需要包含头文件#include <unistd.h>。 - 返回值：具有 “调用一次，返回两次” 的特点。如果创建子进程成功，在父进程中，fork 返回新创建子进程的进程 ID（大于 0 的整数）；在子进程中，fork 返回 0。如果创建子进程失败，fork 返回 - 1，此时可以通过
errno查看具体的错误原因，比如达到进程数上限（EAGAIN） 、没有足够空间给新进程分配（ENOMEM）等。
- 函数原型：
- 工作机制 ：当父进程调用 fork 函数时，操作系统会复制当前父进程的状态信息，包括代码段、数据段、堆栈指针、寄存器值等。子进程从 fork 函数调用之后的下一条指令开始执行。不过，在不同的 Linux 系统下，无法确定 fork 之后是子进程先运行还是父进程先运行，这取决于系统的调度策略。
- 实际应用场景 ：
- 多任务处理：例如网络服务器程序中，父进程可以负责监听客户端的连接请求，每当有新的请求到来，就调用 fork 创建子进程，由子进程来处理具体的客户端请求，而父进程继续监听新的连接，这样可以实现并发处理多个客户端请求 。
- 执行不同程序 ：shell 在执行命令时会用到 fork。子进程从 fork 返回后，可以调用 exec 系列函数，用新的程序替换当前进程的内存映像，从而执行不同的程序。在 UNIX 系统中，fork 和 exec 是分开的，这使得子进程在 fork 和 exec 之间有机会更改自身属性，如进行 I/O 重定向、修改用户 ID、安排信号处理等操作。
- 使用注意事项：
- 资源开销：fork 会复制父进程的大量资源，这在父进程资源较多或需要创建大量子进程的情况下，可能会带来较大的性能开销。为减少不必要的资源复制，通常在 fork 之后，子进程会调用 exec 系列函数，用新的程序替换自身，这样原来复制的资源就会被释放 。
- 竞态条件：由于父子进程是异步执行的，它们可能会同时访问和修改共享资源（如共享文件等），从而导致竞态条件，造成数据不一致等问题。为避免这类问题，需要使用进程间通信（IPC）机制，如管道（pipe）、消息队列（message queue）、信号量（semaphore）等 来进行同步和数据交互。
- 错误处理：调用 fork 后，一定要检查其返回值，以处理创建子进程失败的情况，避免程序出现未预期的行为。
下面是一个简单的 fork 示例代码：
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
perror("fork error");
exit(EXIT_FAILURE);
} else if (pid == 0) {
printf("我是子进程，我的进程ID是 %d\n", getpid());
exit(EXIT_SUCCESS);
} else {
printf("我是父进程，子进程的进程ID是 %d，我的进程ID是 %d\n", pid, getpid());
}
return 0;
}
在上述代码中，通过 fork 创建子进程，然后根据 fork 的返回值判断当前是父进程还是子进程，并分别执行相应的代码块。