2017-03-23

linux的fork(),waitpid()及wait()的用法

这个是作业！更新写在前面！

waitpid()及wait() 原文地址

fork() 原文地址

试了下一个小程序：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{/* 如果是子进程 *//* 在这里等待 */ /* 如果是父进程 */   
        pc=fork();
        if(pc==0)     
        {       
             printf("This is child process with pid of %d\n",getpid()); 
        } 
        else
        {    
             pr=wait(NULL); 
             printf("I catched a child process with pid of %d\n"),pr); 
        }
        printf(“hello1\n”);
        
        pc=fork();
        if(pc==0)     
        {       
             printf("This is child process with pid of %d\n",getpid()); 
        } 
        else
        {    
             pr=wait(NULL); 
             printf("I catched a child process with pid of %d\n"),pr); 
        }
        printf(“hello2\n”);
        
        pc=fork();
        if(pc==0)     
        {       
             printf("This is child process with pid of %d\n",getpid()); 
        } 
        else
        {    
             pr=wait(NULL); 
             printf("I catched a child process with pid of %d\n"),pr); 
        }
        printf(“hello3\n”);
}

这是第一个fork()调用完毕后的输出：
a 这个是第小段运行完毕时的

这是第二个fork()调用完毕后的输出：
这里写图片描述

这是第三个fork()调用完毕后的输出：
这里写图片描述

wait() (等待子进程中断或结束)

表头文件：

1 2	#include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>

定义函数：

pid_t wait (int * status);

函数说明：

wait()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。
如果在调用 wait()时子进程已经结束,则 wait()会立即返回子进程结束状态值。
子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一起返回。

如果不在意结束状态值,则参数status 可以设成 NULL。
子进程的结束状态值请参考 waitpid( )
如果执行成功则返回子进程识别码(PID) ,如果有错误发生则返回返回值-1。失败原因存于 errno 中。

pid_t pid1;
int status=0;
i=wait(&status);

i返回的是子进程的识别码 PID
status中存的是子进程的结束状态；可用WEXITSTATUS（status）得到子进程的exit(3)的状态，那么就是3；

waitpid() (等待子进程中断或结束)

表头文件：

1 2	#include<sys/types.h> #include<sys/wait.h>

定义函数：

pid_t waitpid(pid_t pid,int * status,int options);

函数说明：

waitpid()会暂时停止目前进程的执行,直到有信号来到或子进程结束。

如果在调用 wait()时子进程已经结束,则 wait()会立即返回子进程结束状态值。
子进程的结束状态值会由参数 status 返回,而子进程的进程识别码也会一快返回。
如果不在意结束状态值,则参数 status 可以设成 NULL。

参数 pid 为欲等待的子进程识别码,其他数值意义如下:

pid<-1 等待进程组识别码为 pid 绝对值的任何子进程。
pid=-1 等待任何子进程,相当于 wait()。
pid=0 等待进程组识别码与目前进程相同的任何子进程。
pid>0 等待任何子进程识别码为 pid 的子进程。

参数 option 可以为 0 或下面的 OR 组合:

WNOHANG 如果没有任何已经结束的子进程则马上返回, 不予以等待。
WUNTRACED 如果子进程进入暂停执行情况则马上返回,但结束状态不予以理会。

子进程的结束状态返回后存于 status,底下有几个宏可判别结束情况:

WIFEXITED(status) 如果子进程正常结束则为非 0 值。
WEXITSTATUS(status) 取得子进程 exit()返回的结束代码,一般会先用 WIFEXITED 来判断是否正常结束才能使用此宏。
WIFSIGNALED(status) 如果子进程是因为信号而结束则此宏值为真
WTERMSIG(status) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般会先用 WIFSIGNALED 来判断后才使用此宏。
WIFSTOPPED(status) 如果子进程处于暂停执行情况则此宏值为真。一般只有使用 WUNTRACED 时才会有此情况。
WSTOPSIG(status) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先用 WIFSTOPPED 来判断后才使用此宏。
如果执行成功则返回子进程识别码(PID) ,如果有错误发生则返回返回值-1。失败原因存于 errno 中。

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main( void )
{
    pid_t childpid;
    int status;
    
    childpid = fork();
    
    if ( -1 == childpid )
    {
        perror( "fork()" );
        exit( EXIT_FAILURE );
    }
    else if ( 0 == childpid )
    {
        puts( "In child process" );
        sleep( 3 );//让子进程睡眠3秒，看看父进程的行为
        printf("\tchild pid = %d\n", getpid());
        printf("\tchild ppid = %d\n", getppid());
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }
    else 
    {
        waitpid( childpid, &status, 0 );
        puts( "in parent" );
        printf( "\tparent pid = %d\n", getpid() );
        printf( "\tparent ppid = %d\n", getppid()  );
        printf( "\tchild process exited with status %d \n", status );
    }
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

[root@localhost src]# gcc waitpid.c 
[root@localhost src]# ./a.out 
In child process
        child pid = 4469
        child ppid = 4468
in parent
        parent pid = 4468
        parent ppid = 4379
        child process exited with status 0 
[root@localhost src]#

如果将上面waitpid( childpid, &status, 0 );行注释掉，程序执行效果如下：

[root@localhost src]# ./a.out 
In child process
in parent
        parent pid = 4481
        parent ppid = 4379
        child process exited with status 1331234400 
[root@localhost src]#   child pid = 4482
        child ppid = 1

子进程还没有退出，父进程已经退出了。

fork()

fork入门知识

一个进程包括它的代码、数据和分配给进程的资源。
fork()函数通过系统调用创建一个与原来进程几乎完全相同的进程，也就是两个进程可以做完全相同的事
但如果初始参数或者传入的变量不同，两个进程也可以做不同的事。
一个进程调用fork()函数后，系统先给新的进程分配资源，例如存储数据和代码的空间。
然后把原来的进程的所有值都复制到新的新进程中，只有少数值与原来的进程的值不同。相当于克隆了一个自己。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h> 
int main () 
{ 
	pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值
	int count=0;
	fpid=fork(); 
	if (fpid < 0) 
		printf("error in fork!"); 
	else 
    if (fpid == 0) 
    {
		printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid()); 
		printf("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。
		count++;
	}
	else 
    {
		printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid()); 
		printf("我是孩子他爹/n");
		count++;
	}
	printf("统计结果是: %d/n",count);
	return 0;
}

运行结果是：

i am the child process, my process id is 5574
我是爹的儿子
统计结果是: 1
i am the parent process, my process id is 5573
我是孩子他爹
统计结果是: 1

在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了
这两个进程的几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)
两个进程的fpid不同与fork函数的特性有关。
fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，它可能有三种不同的返回值：
1.在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2.在子进程中，fork返回0；
3.如果出现错误，fork返回一个负值；

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。
在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。
我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同：

其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fpid(p意味point)指向子进程的进程id, 因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.

fork出错可能有两种原因：
1.当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。
2.系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。

创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。
每个进程都有一个独特（互不相同）的进程标识符（process ID），可以通过getpid（）函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid（）函数获得变量的值。
fork执行完毕后，出现两个进程:
进程图

有人说两个进程的内容完全一样啊，怎么打印的结果不一样啊，那是因为判断条件的原因，上面列举的只是进程的代码和指令，还有变量啊。
执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。
还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

fork进阶知识

代码1：

#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
int main(void)
{
   int i=0;
   printf("i son/pa ppid pid  fpid/n");
   //ppid指当前进程的父进程pid
   //pid指当前进程的pid,
   //fpid指fork返回给当前进程的值
   for (int i=0;i<2;i++)
   {
       pid_t fpid=fork();
       if (fpid==0)
    	   printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
       else printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
   }
   return 0;
}
``` 
运行结果是：
>   i son/pa ppid pid  fpid
>   0 parent 2043 3224 3225
>   0 child  3224 3225    0
>   1 parent 2043 3224 3226
>   1 parent 3224 3225 3227
>   1 child     1 3227    0
>   1 child     1 3226    0
##### 第一步：
在父进程中，指令执行到for循环中，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，分别是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程）。
可以看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系：
`p2043->p3224->p3225`
第一次fork后，p3224（父进程）的变量为i=0，fpid=3225（fork函数在父进程中返向子进程id），代码内容为：
``` C++
   for (int i=0;i<2;i++)
   {
       pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=3225
       if (fpid==0) printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
       else printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
   }
   return 0;

p3225（子进程）的变量为i=0，fpid=0（fork函数在子进程中返回0）
代码内容为：

 for (int i=0;i<2;i++)
 {
    pid_t fpid=fork();                         //执行完毕，i=0，fpid=0
    if (fpid==0) printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
    else printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);
}
return 0;

所以打印出结果：

0 parent 2043 3224 3225
0 child 3224 3225 0

第二步：

假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时，i=1，接着执行fork，系统中又新增一个进程p3226，对于此时的父进程，p2043->p3224（当前进程）->p3226（被创建的子进程）。
对于子进程p3225，执行完第一次循环后，i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，对于此进程，p3224->p3225（当前进程）->p3227（被创建的子进程）。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。

所以打印出结果是：

1 parent 2043 3224 3226
1 parent 3224 3225 3227

第三步：

第二步创建了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，因为这两个进程无法进入第三次循环，无法fork，该执行return 0;了，其他进程也是如此。
以下是p3226，p3227打印出的结果：

1 child 1 3227 0
1 child 1 3226 0
细心的读者可能注意到p3226，p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？
这里得讲到进程的创建和死亡的过程，在p3224和p3225执行完第二个循环后，main函数就该退出了，也即进程该死亡了，因为它已经做完所有事情了。
p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操作系统是不被允许的，所以p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的。

总结一下，这个程序执行的流程如下：
流程图
这个程序最终产生了3个子进程，执行过6次printf()函数。

代码2：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
   int i=0;
   for (int i=0;i<3;i++)
   {
       pid_t fpid=fork();
       if (fpid==0) printf("son/n");
       else printf("father/n");
   }
   return 0;
}

它的执行结果是：

father
son
father
father
father
father
son
son
father
son
son
son
father
son

分析：
for        i=0         1           2
          father     father     father
                                    son
                        son       father
                                    son
           son       father     father
                                    son
                        son       father
                                    son

其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。

数学推理（该博文的最后）。
如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，
最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf("%d/n",getpid());或者通过printf("+/n");来判断产生了几个进程。
有人想通过调用printf(“+”)来统计创建了几个进程，这是不妥当的。
大家看一下下面的代码：

代码3：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() 
{
	pid_t fpid;     //fpid表示fork函数返回的值
	//printf("fork!");
	printf("fork!/n");
	fpid = fork();
	if (fpid < 0)
		printf("error in fork!");
	else if (fpid == 0)
		printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid());
	else
		printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid());
	return 0;
}

执行结果如下：

fork!
I am the parent process, my process id is 3361
I am the child process, my process id is 3362

如果把语句printf("fork!/n");注释掉，执行printf("fork!");
则新的程序的执行结果是：

fork!I am the parent process, my process id is 3298
fork!I am the child process, my process id is 3299

程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？
这就跟printf的缓冲机制有关了，printf某些内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上。但是,只要看到有/n 则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了。
运行了printf(“fork!”)后,“fork!”仅仅被放到了缓冲里,程序运行到fork时缓冲里面的“fork!” 被子进程复制过去了。
因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork!。所以,你最终看到的会是”fork!”被printf了2次！
而运行printf(“fork! /n”)后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork! 内容。因此你看到的结果会是fork! 被printf了1次！
所以说printf(“+”)不能正确地反应进程的数量。

代码4：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   return 0;
}

问题是不算main这个进程自身，程序到底创建了多少个进程。
为了解答这个问题，我们先做一下弊，先用程序验证一下，到此有多少个进程。

#include <stdio.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
   fork();
   fork() && fork() || fork();
   fork();
   printf("+/n");
}

总共20个进程，除去main进程，还有19个进程。
第一个fork和最后一个fork肯定是会执行的。
主要在中间3个fork上，可以画一个图进行描述。
这里就需要注意&&和||运算符。

A&&B，如果A==0，就没有必要继续执行&&B了；A非0，就需要继续执行&&B。
A||B，如果A非0，就没有必要继续执行||B了，A=0，就需要继续执行||B。
fork()对于父进程和子进程的返回值是不同的，按照上面的A&&B和A||B的分支进行画图，可以得出5个分支。

分支图

加上前面的fork和最后的fork，总共4*5=20个进程，除去main主进程，就是19个进程了。

fork高阶知识

就fork函数讲一下操作系统进程的创建、死亡和调度等。

参考资料：

http://blog.csdn.net/dog_in_yellow/archive/2008/01/13/2041079.aspx

http://blog.chinaunix.net/u1/53053/showart_425189.html

http://blog.csdn.net/saturnbj/archive/2009/06/19/4282639.aspx

http://www.cppblog.com/zhangxu/archive/2007/12/02/37640.html

http://www.qqread.com/linux/2010/03/y491043.html

http://www.yuanma.org/data/2009/1103/article_3998.html