fork详解（附经典计算题）

概念

fork 函数可以创建一个新的进程，称为子进程，而调用 fork 的进程则为父进程。子进程是父进程的副本，它会获得父进程数据空间、堆、栈等资源的副本，但父子进程拥有相互独立的地址空间。这意味着，虽然子进程复制了父进程的这些资源，但后续父子进程对这些资源的修改不会相互影响 。同时，父子进程会共享父进程中打开的文件描述符，即父、子进程中相同编号的文件描述符在内核中指向同一个 file 结构体，file 结构体的引用计数会增加。

函数原型及返回值

函数原型：pid_t fork(void) ，该函数不需要传入参数。其中pid_t本质是int类型，在#include <sys/types.h>中定义，同时还需要包含头文件#include <unistd.h> 。
返回值：具有 “调用一次，返回两次” 的特点。如果创建子进程成功，在父进程中，fork 返回新创建子进程的进程 ID（大于 0 的整数）；在子进程中，fork 返回 0。如果创建子进程失败，fork 返回 - 1，此时可以通过errno查看具体的错误原因，比如达到进程数上限（EAGAIN） 、没有足够空间给新进程分配（ENOMEM）等。

工作机制

当父进程调用 fork 函数时，操作系统会复制当前父进程的状态信息，包括代码段、数据段、堆栈指针、寄存器值等。子进程从 fork 函数调用之后的下一条指令开始执行。不过，在不同的 Linux 系统下，无法确定 fork 之后是子进程先运行还是父进程先运行，这取决于系统的调度策略。

实际应用场景

多任务处理：例如网络服务器程序中，父进程可以负责监听客户端的连接请求，每当有新的请求到来，就调用 fork 创建子进程，由子进程来处理具体的客户端请求，而父进程继续监听新的连接，这样可以实现并发处理多个客户端请求 。
执行不同程序 ：shell 在执行命令时会用到 fork。子进程从 fork 返回后，可以调用 exec 系列函数，用新的程序替换当前进程的内存映像，从而执行不同的程序。在 UNIX 系统中，fork 和 exec 是分开的，这使得子进程在 fork 和 exec 之间有机会更改自身属性，如进行 I/O 重定向、修改用户 ID、安排信号处理等操作。

示例

fork();                    // 第1个fork
fork() && fork() || fork(); // 第2、3、4个fork（组合）
fork();                    // 第5个fork

不算main进程，共产生19个子进程

将上述5个fork分别记为F1、F2、F3、F4、F5。

F1产生一个子进程，F5将进程翻倍，重点考虑中间的3个，熟悉fork的返回值即可判断，&&只有当左边为真才考虑右边，||只有当左边为假才考虑右边

如图，main进程下得到5个执行到F5的进程，同理F1也可得到5个，共10个，F5再翻倍，共20个，减去1个main进程共19个子进程