进程创建详解与父子进程资源的管理

1. 父子进程执行顺序问题

父进程在使用fork函数创建子进程后父进程与子进程互相不关联，以独立身份抢占CPU 资源，具体谁先执行由调度算法决

定，用户空间没有办法干预。子进程执行代码的位置是fork/vfork 函数返回的位置。

2. 子进程资源申请问题

在使用fork函数创建子进程后，子进程重新申请新的物理内存空间，复制父亲进程地址空间所有的信息，子进程复制父亲进程的代码段，数据段，BSS 段，堆，栈所有用户空间的信息，在内核中操作系统为其重新申请了一个PCB，并且使用父亲进程的PCB 来初始化，除了pid 等特殊信息外，几乎所有的信息都是一样的。

比如下面这个例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>

int glob = 100;

int main(){

	int temp = 20;
	
	pid_t pid = fork();
	if(pid == -1) {
		perror("fork");
	} else if(pid == 0) {
		glob = 200;
		temp = 10;
		printf("child:glob:%d,temp:%d\n",glob,temp);
		printf("child:&glob:%p,&temp:%p\n",&glob,&temp);
	} else {
		sleep(1);
		printf("parent:glob:%d,temp:%d\n",glob,temp);
		printf("parent:&glob:%p,&temp:%p\n",&glob,&temp);
		wait(NULL);
	}
	
	return 0;
}

运行结果：

[root@ye linux-code]# ./fork_basic 
child:glob:200,temp:10
child:&glob:0x60104c,&temp:0x7ffe8c8a77f8
parent:glob:100,temp:20
parent:&glob:0x60104c,&temp:0x7ffe8c8a77f8

以上代码看，在子进程中先修改变量的值，并不影响父亲进程，说明数据段和栈（当然也包括其它用户空间内存）是子进程申请的新物理空间。
但是从打印的地址来看，好像是一样的，又是同一段内存？其实不一样，这里打印的是虚拟地址，而不是物理地址编号；两个进程的虚拟地址空间是没有任何联系的。

3. 子进程对文件流缓冲区的处理

在创建子进程是，子进程的用户空间将复制父进程用户空间的所有信息，当然，也包括流缓冲区的内容。

先看一个例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>

int glob = 100;

int main()
{
	int temp = 20;
	printf("hello\nworld");
	fork();
	printf("bye\n");
	return 0;
}

运行的结果：

[root@ye linux-code]# ./fork_file 
hello
worldbye
worldbye

文件流的缓冲区会缓存没有刷新的信息，且缓冲区在用户空间中，虽然子进程创建后从fork 返回处执行，但缓冲区被子进程复制了一份，这样存储在缓冲区中的“world”也被复制了一份，因此，输出了两份“world”。

再看一个例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	int temp = 20;
	int i=0;
	for(i = 0 ;i<2;i++)
	{
		fork();
		printf("*");
	}
	sleep(5);
	return 0;
}

运行结果：

[root@ye linux-code]# ./fork_printf 
********

打印为什么是8 个星？
（1）i = 0 时，执行 fork，创建一个进程，父子进程各自打印一个*，父亲进程pid=100，子进程pid=101；
（2）i=2 时，父亲进程再创建一个子进程pid=102，再打印一个*，pid=102 的进程复制了子进程的输出流的缓冲区，拷贝了一个*，自己再打印一个*；
（3）pid=101 的子进程在i=1 后也要执行fork 函数，创建一个新的子进程Pid=102，pid=101 的进程再执行一次打印，pid=102 的子进程复制了pid=101 进程在i=0 时打印的*。

因此，上述共4 个进程，每个进程都打印两个*，因此是8 个，只是有两个进程是复制了一个*而已。

4. 子进程对文件描述符的处理

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在同一个进程中，两次打开（使用Open）同一个文件（只要没有对文件上锁），分别写入文件会存在覆盖的情况。

而使用 fcntl/dup 复制文件描述，分别使用这两具文件描述符写文件并不会出现覆盖，而是交叉写入。

原因：两次 Open 打开实际上在内核中创建了两个互不相关的文件表项，也就记录了两个读写位置。而复制文件描述符则在内核中使用同一个文件表项（struct flie），因此，共用一个读写位置。

而在子进程创建成功后，父子进程共享一个文件表项，也就共用同一个读写位置。

看下面这个例子：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
int main()
{
	int fd = open("test.txt",O_CREAT|O_RDWR,0644);
	if(fd == -1) {
		perror("open");
	}
	write(fd,"hello",5);
	pid_t pid =fork();
	if(pid == 0) {
		write(fd,"world",5);
	} else {
		sleep(1);
		write(fd,"abc",3);
	}
	close(fd);
	
	return 0;
}

运行结果：

[root@ye linux-code]# cat test.txt 
helloworldabc