相信很多同学在看Android源码的过程中,都看到了Zygote fork创建进程,那么今天就整理下,Linux系统函数fork()的执行流程,以便加深对Android源码的理解。
当程序执行到下面的语句: pid=fork();
操作系统会创建一个新的进程(即子进程),并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。那么父进程为什么要创建子进程呢?Linux是一个多用户操作系统,在同一时间会有许多的用户在争夺系统的资源。有时进程为了早一点完成任务就创建子进程来争夺资源。一旦子进程被创建,父子进程一起从fork处继续执行,相互竞争系统的资源。还有时候我们希望子进程继续执行,而父进程阻塞,直到子进程完成任务,这个时候我们可以调用wait或者waitpid系统调用。
接着上边说,创建出的子进程和原有进程的可执行程序是同一个程序;上下文和数据,绝大部分就是原进程(父进程)的拷贝,但它们是两个相互独立的进程。此时程序寄存器PC,在父、子进程的上下文中都声称,这个进程目前执行到fork调用即将返回(此时子进程不占有CPU,子进程的PC不是真正保存在寄存器中,而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内),那么关键问题来了:fork如何返回?
父进程继续执行,操作系统对fork的实现,使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid(一个正整数),所以pid<0和pid==0的两个分支都不会执行。
子进程在之后的某个时候得到调度,它的上下文被换入,占据 CPU,操作系统对fork的实现,使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程(注意这不是父进程了哦,虽然是同一个程序,但是这是同一个程序的另外一次执行,在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的,从执行的角度说和父进程相互独立)中pid=0。这个进程继续执行的过程中,pid<0不满足,但是pid==0是条件可以执行。
为什么看上去程序中互斥的两个分支都被执行了?在一个程序的一次执行中,这当然是不可能的;但是你看到的两个执行是来自两个进程,这两个进程来自同一个程序的两次执行。
fork之后,操作系统会复制一个与父进程完全相同的子进程,虽说是父子关系,但是在操作系统看来,他们更像兄弟关系,这两个进程共享代码空间,但是数据空间是互相独立的,子进程数据空间中的内容是父进程的完整拷贝,指令指针也完全相同,但只有一点不同,那就是进程id不同。如果fork成功,子进程中fork的返回值是0, 父进程中fork的返回值是子进程的进程id;如果fork不成功(如内存不足或已达到用户的最大进程数),则父进程会返回-1。 我们就是根据这个返回值来区分父子进程的。
可以这样想象,两个进程一直同时运行,而且步调一致,在fork之后,他们分别作不同的工作,也就是分岔了,这也是fork为什么叫fork的原因,在程序段里用了fork()之后程序出了分岔,派生出了两个进程。具体哪个先运行就看该系统的调度算法了,如果需要父子进程协同,可以通过原语的办法解决。
还有以下三点需要注意:
1、派生子进程的进程,即父进程,其pid不变;
2、对子进程来说,fork返回给它0,但它的pid绝对不会是0;之所以fork返回0给它,是因为它随时可以调用getpid()来获取自己的pid;
3、fork之后父子进程除非采用了同步手段,否则不能确定谁先运行,也不能确定谁先结束。认为子进程结束后父进程才从fork返回的,这是不对的,fork不是这样的,vfork才这样。