fork 複製程序
fork
現在的程序中，使用fork()複製出子程序，子程序的程式碼執行的位置由fork()開始的程式碼，父程序fork()函式的傳回值是子程序的pid，子程序fork()傳回值為0。
fork_test.cpp
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main() {
cout << "父程序開始" << endl;
// 建立子程序，子程序開始的程式碼
pid_t pid = fork();
cout << "fork() return pid = " << pid << endl;
// 停止30秒，方便以ps -ef | grep 查看父程序與子程序
sleep(30);
cout << "結束" << endl;
}
父程序開始
fork() return pid = 145656
fork() return pid = 0
結束
結束
由執行結果可以知道，父程序開始的字只執行一次。
執行上面的程式，打開另一個終端機視窗
ps -ef | grep fork
-e：顯示所有程序，等同於 -A 選項。
-f：顯示完整的格式，包括父程序和其他資訊。
可以發現子程序pid是145773，父程序是145772，有二個程序都跑起來了。
cici 145772 139698 0 14:43 pts/3 00:00:00 ./fork_test
cici 145773 145772 0 14:43 pts/3 00:00:00 ./fork_test
使用pstree查看子父關係
語法
pstree -p 父pid
$ pstree -p 145772
fork_test(145772)───fork_test(145773)
由以上結果可以知，145772下面有一個子程序145773
透過fork傳回值執行不同程式碼
父程序fork()函式的傳回值是子程序的pid，子程序fork()傳回值為0，根據傳回值判斷是父程序或子程序。
父get fork pid = 146095
子get fork pid = 0
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid > 0) {
cout << "父get fork pid = " << pid << endl;
} else {
cout << "子get fork pid = " << pid << endl;
}
sleep(20);
cout << "結束" << endl;
}
父get fork pid = 146095
子get fork pid = 0
結束
結束
fork()與變數
fork()函式，會把變數複製一份給子程序，雖然子程序與父程序的變數位址是相同，但實際上是存放不同位址。
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main() {
// 學號
int id = 888;
// 姓名
string name = "May";
// fork傳回值pid
pid_t pid = fork();
if (pid > 0) {
// 父程序
cout << "父get fork pid = " << pid << endl;
cout << "id = " << id << ", address = " << &id << endl;
cout << "name = " << name << ", address = " << &name << endl;
} else {
// 子程序
cout << "子get fork pid = " << pid << endl;
cout << "id = " << id << ", address = " << &id << endl;
cout << "name = " << name << ", address = " << &name << endl;
}
sleep(20);
cout << "結束" << endl;
}
父get fork pid = 146276
id = 888, address = 0x7ffef9691170
name = May, address = 0x7ffef9691180
子get fork pid = 0
id = 888, address = 0x7ffef9691170
name = May, address = 0x7ffef9691180
結束
結束
證明不是讀取相同記憶體位址
以下程式碼先讓子程序先執行(子程序有修改變數的值)，5秒後，再執行父程序
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main() {
// 學號
int id = 888;
// 姓名
string name = "May";
// fork傳回值pid
pid_t pid = fork();
if (pid > 0) {
// 先讓父程序先睡5秒，讓子程序先執行
sleep(5);
// 父程序
cout << "父get fork pid = " << pid << endl;
cout << "id = " << id << ", address = " << &id << endl;
cout << "name = " << name << ", address = " << &name << endl;
} else {
// 修改變數值
id = 777;
name = "Bill";
// 子程序
cout << "子get fork pid = " << pid << endl;
cout << "id = " << id << ", address = " << &id << endl;
cout << "name = " << name << ", address = " << &name << endl;
}
sleep(20);
cout << "結束" << endl;
}
子get fork pid = 0
id = 777, address = 0x7ffeb7027c90
name = Bill, address = 0x7ffeb7027ca0
父get fork pid = 146339
id = 888, address = 0x7ffeb7027c90
name = May, address = 0x7ffeb7027ca0
結束
結束
由執行結果可以看出，即便子程序修改了變數值，但父程序仍顯示原來的值(888與Mary)。
子程序在背景執行
子程序在背景執行時，不會被ctrl+c強制終止。
法1
語法
./執行檔名 &
法2
在程式碼第一行加上
if (fork() > 0) return 0;
編譯並執行，執行後面不用加&
./執行檔名
如果 fork() 的返回值大於 0，表示這是 父程序，執行 return 0 直接結束父程序。
如果 fork() 的返回值等於 0，表示這是 子程序，繼續執行後面的程式碼。
父程序結束後，只有子程序執行程式的剩餘部分。
子程序會進入無限迴圈，並每秒輸出 第X秒。
fork_test.cpp
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
using namespace std;
int main() {
// 父程序離開，只剩下fork的子程序在執行
if (fork() > 0) return 0;
// 無限迴圈
for (int i = 0; ; i++) {
cout << "第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
}
孤兒程序orphan process
父程序結束，子程序沒有父親，子程序變成孤兒，由init系統程序(1號程序)接管
使用ps查看父程序的pid已經變成1號程序
$ ps -ef | grep fork_test
cici 154291 1 0 09:46 pts/3 00:00:00 ./fork_test
刪除背景程序
開另一個終端機，輸入killall -9 程序名或kill 程序pid
PID 0 1 2 號
PID 0 號
名稱：Idle 程序（也稱為 swapper 或 scheduler）
特性：
核心中的第一個程序，在系統啟動階段由核心創建。
PID 1 號
名稱：systemd
由 0 號程序創建
作用：
負責系統初始化，如加載其他守護程序、掛載檔案系統、設置網路等。
PID 2 號
名稱：kthreadd（核心多工管理器）
特性：
負責執行例如磁碟 I/O、網絡處理等系統級操作。
PID（程序 ID）為 2，因此被稱為 2 號程序。
程序之間的關係
啟動順序：
系統啟動時，最初由核心創建 0 號程序。
0 號程序創建 1 號程序
0 號程序也會創建 2 號程序
查看0號程序樹
語法
pstree -p 0
zombie process
父程序沒有處理子程序的離開(如:資源釋放)，造成僵屍程序，子程序的pid就會一直存在，系統的pid數量是有限的，若存在太多子程序pid，就不會再產生新的程序。
使用以下程式碼會產生僵屍程序
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
int main() {
// 離開子程序
if (fork() == 0) return 0;
// 無限迴圈
for (int i = 0; ; i++) {
cout << "父程序運行第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
}
執行時，再用ps查詢程序，可以發現明明子程序154631已經離開，但仍占著pid，後面跟著< defunct >，這就是僵屍程序
$ ps -ef | grep fork_test
cici 154630 139698 0 10:19 pts/3 00:00:00 ./fork_test
cici 154631 154630 0 10:19 pts/3 00:00:00 [fork_test] <defunct>
避免僵屍程序的方法
怱略SIGCHLD
子程序離開前，kernel會向父程序發出SIGCHLD訊號，把它怱略，kernel收到會釋放子程序資源。
語法
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
SIG_IGN代表怱略
程式碼
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
using namespace std;
int main() {
// 呼叫fork()之前，怱略子程序離開的訊號
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
// 離開子程序
if (fork() == 0) return 0;
// 無限迴圈
for (int i = 0; ; i++) {
cout << "父程序運行第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
}
執行程序時，使用ps查看，發現pid只剩下父程序154674
$ ps -ef | grep fork_test
cici 154674 139698 0 10:22 pts/3 00:00:00 ./fork_test
使用wait
include
#include <sys/wait.h>
語法
pid_t wait(int *stat_loc);
- pid_t:傳回子程序pid
- stat_loc指標:用於存放子程序離開的結果
正常離開為以下的狀況，不管x值是什麼，都是正常離開。
- return x;
- exit(x);
_exit(x)或_Exit(x)
異常離開
- 收到訊號
kill 程序pid - abort()函式終止
正常離開程式碼
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
int main() {
if (fork() > 0) {
// 父程序
int status; // 用於儲存子程序離開的結果
pid_t pid = wait(&status); // 等待子程序離開
cout << "已終止的子程序pid是:" << pid << endl;
// 把離開結果傳給WIFEXITED()前置指令，若傳回true，代表正常離開來
if (WIFEXITED(status)) {
cout << "正常離開，狀態 : " << WEXITSTATUS(status) << endl;
} else {
cout << "異常離開，狀態 : " << WTERMSIG(status) << endl;
}
} else {
// 子程序執行15秒 0 .. 14
for (int i = 0; i < 15 ; i++) {
cout << "第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
exit(5);
}
}
第0秒
第1秒
第2秒
第3秒
第4秒
第5秒
第6秒
第7秒
第8秒
第9秒
第10秒
第11秒
第12秒
第13秒
第14秒
已終止的子程序pid是:154866
正常離開，狀態 : 5
使用kill不正常離開1
- 執行程式
- 打開另一個終端機視窗
$ ps -ef | grep fork_test cici 154938 139698 0 10:50 pts/3 00:00:00 ./fork_test cici 154939 154938 0 10:50 pts/3 00:00:00 ./fork_test cici 154942 145543 0 10:50 pts/6 00:00:00 grep --color=auto fork_test $ kill 154939 - 回到原本執行程式的終端機視窗
第0秒 第1秒 第2秒 第3秒 第4秒 第5秒 第6秒 第7秒 第8秒 第9秒 第10秒 第11秒 第12秒 已終止的子程序pid是:154939 異常離開，狀態 : 15
使用kill不正常離開2
- 執行程式
- 打開另一個終端機視窗
$ ps -ef | grep fork_test cici 155000 139698 0 10:55 pts/3 00:00:00 ./fork_test cici 155001 155000 0 10:55 pts/3 00:00:00 ./fork_test cici 155003 145543 0 10:55 pts/6 00:00:00 grep --color=auto fork_test $ kill -9 155001 - 回到原本執行程式的終端機視窗
第0秒 第1秒 第2秒 第3秒 第4秒 第5秒 第6秒 第7秒 第8秒 第9秒 第10秒 第11秒 第12秒 已終止的子程序pid是:155001 異常離開，狀態 : 9
操作nullptr不正常離開
在子程序的部分，增加操作nullptr的程式碼
int* ptr = nullptr;
*ptr = 10;
| 訊號名 | 訊號值 | 發出訊號原因 |
| SIGSEGV | 11 | 操作nullptr指標或超出陣列索引 |
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
int main() {
if (fork() > 0) {
// 父程序
int status; // 用於儲存子程序離開的結果
pid_t pid = wait(&status); // 等待子程序離開
cout << "已終止的子程序pid是:" << pid << endl;
// 把離開結果傳給WIFEXITED()前置指令，若傳回true，代表正常離開來
if (WIFEXITED(status)) {
cout << "正常離開，狀態 : " << WEXITSTATUS(status) << endl;
} else {
cout << "異常離開，狀態 : " << WTERMSIG(status) << endl;
}
} else {
// 子程序執行15秒 0 .. 14
for (int i = 0; i < 15 ; i++) {
cout << "第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
int* ptr = nullptr;
*ptr = 10;
exit(5);
}
}
第0秒
第1秒
第2秒
第3秒
第4秒
第5秒
第6秒
第7秒
第8秒
第9秒
第10秒
第11秒
第12秒
第13秒
第14秒
已終止的子程序pid是:155059
異常離開，狀態 : 11
補捉SIGCHLD
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#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;
/**
補捉SIGCHLD子程序離開訊號
*/
void func(int signal) {
int status; // 用於儲存子程序離開的結果
pid_t pid = wait(&status); // 等待子程序離開
cout << "已終止的子程序pid是:" << pid << endl;
// 把離開結果傳給WIFEXITED()前置指令，若傳回true，代表正常離開來
if (WIFEXITED(status)) {
cout << "正常離開，狀態 : " << WEXITSTATUS(status) << endl;
} else {
cout << "異常離開，狀態 : " << WTERMSIG(status) << endl;
}
}
int main() {
// 補捉子程序離開的訊號
signal(SIGCHLD, func);
if (fork() > 0) {
// 父程序執行30秒 0 .. 29
for (int i = 0; i < 30 ; i++) {
cout << "父 : 第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
} else {
// 子程序執行15秒 0 .. 14
for (int i = 0; i < 15 ; i++) {
cout << "子 : 第" << i << "秒" << endl;
sleep(1);
}
// 子程序執行15秒結束
exit(5);
}
}
父 : 第0秒
子 : 第0秒
父 : 第1秒
子 : 第1秒
父 : 第2秒
子 : 第2秒
父 : 第3秒
子 : 第3秒
父 : 第4秒
子 : 第4秒
父 : 第5秒
子 : 第5秒
父 : 第6秒
子 : 第6秒
父 : 第7秒
子 : 第7秒
父 : 第8秒
子 : 第8秒
父 : 第9秒
子 : 第9秒
父 : 第10秒
子 : 第10秒
父 : 第11秒
子 : 第11秒
父 : 第12秒
子 : 第12秒
父 : 第13秒
子 : 第13秒
父 : 第14秒
子 : 第14秒
父 : 第15秒
已終止的子程序pid是:155462
正常離開，狀態 : 5
父 : 第16秒
父 : 第17秒
父 : 第18秒
父 : 第19秒
父 : 第20秒
父 : 第21秒
父 : 第22秒
父 : 第23秒
父 : 第24秒
父 : 第25秒
父 : 第26秒
父 : 第27秒
父 : 第28秒
父 : 第29秒
取得父程序的id
pid_t getpid(void); // 取得目前程序pid
pid_t getppid(void); //取得父程序pid