fork Function

在「Advanced.Programming.in.the.UNIX.Environment, 3rd.Edition」一書中的8.3節 (p. 230)，有個小程式，如下，是用來說明 UNIX 環境中，使用 fork 產生子行程 (child process)，要注意的一些事，先看一下程式:

 1 #include <stdio.h>

 2 #include <unistd.h>
 3 
 4 int globvar = 6;
 5 char buf[] = "a write to stdout\n";
 6 
 7 int main(void) {
 8     int var;
 9     pid_t pid;
10 
11     var = 88;
12     if (write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf)-1) != sizeof(buf)-1)
13         printf("write error");
14     printf("before fork\n");
15 
16     if ((pid = fork()) < 0) {
17         printf("fork error");
18     }
19     else if (pid == 0) {
20         globvar++;
21         var++;
22     }
23     else {
24         sleep(2);
25     }
26 
27     printf("pid = %ld, getpid = %ld, glob = %d, var = %d\n", (long) pid, (long) getpid(), globvar, var);
28     _exit(0);
29 }

上面的程式很簡單的利用 fork 產生一個子行程，等待 2 秒後，印出一段訊息，顯示 fork 傳回值、行程的 pid (process id)、全域變數及區域變數，執行結果如下: (我的程式命名為 forEx01.c)

[steven@CentOS7 Debug]$ ./forkEx01
a write to stdout
before fork
pid = 0, getpid = 9214, glob = 7, var = 89
pid = 9214, getpid = 9213, glob = 6, var = 88
[steven@CentOS7 Debug]$ 

根據上述的執行結果，說明如下:

1. fork 函數會產生一個子行程，子行程會執行父行程 (parent process) fork 之後的指令。
2. fork 函數在父行程會傳回子行程的 pid，在子行程則傳回 0，子行程如果要得到父行程的 pid，可以透過 getppid 函數得到值。
3. 上面程式讓父行程睡 2 秒後再印出結果，所以第一個結果是子程式印出的，第二個結果是父行程印出的，通常確實是會得到如上的結果 (除了 pid、getpid 的值會不同之外)，但是，實際上有時會是父行程先印出，因為那個行程先執行，由 OS 決定，這裡父行程睡 2 秒只是增加子行程先執行的機率。
4. 上述程式的全域變數 (global variable) 和區域變數 (local variable) 於子行程中都被加 1，但是都沒有影響到父行程的值，這表示不管是全域變數或區域變數，父行程、子行程都不共用!
5. 子行程的輸出接在父行程 fork 前已輸出的內容之後，父行程後面的輸出又接在子行程的輸出之後，完全不會互相覆蓋，因為父行程和子行程會共享在 fork 之前已開啟的所有檔案描述符 (file descriptions)，也就是說兩個行程會共享這些檔案的檔案指標! 標準輸出是在父行程一開始執行時就被開啟的，所以會被兩個行程共享。

除了上述程式所展現的父行程、子行程關係外，另外針對行程的一些基本觀念整理如下:

1. UNIX 系統在系統啟動後，會啟動許多 process 來處理一些系統面的事，其中一個 pid 為 1 的 process 稱為 init process，是負責啟動和關閉系統。
2. 程式以 fork 啟動一個或數個子行程，當子行程結束後，父行程要負責將其佔用的資源都回收後，才可真正將其結束，在子行程已經執行完，但是父行程尚未將其資源回收前，這個子行程就稱為 zombie (僵屍)。
3. 如果父行程比子行程更早結束，子行程並不會被迫結束，而是會交由 init process 管理，也就是說，子行程的 ppid 會被改為 1，之後子行程結束，其資源會由 init process 進行回收。