【系统编程】父子进程的关系

文章目录

• 一、区分父子进程
• • 1.1 父子进程的相同点
  • 1.2 父子进程的不同点
  • 1.3 写时复制机制（Copy-On-Write, COW）
  • 1.4 文件描述符的共享
• 二、代码示例
• • 2.1 通过 `fork()` 区分父子进程
  • 2.2 父子进程地址空间相互独立
• 三、父子进程小结
• 四、常用进程相关命令
• • 4.1 ps 命令
  • 4.2 kill 命令

一、区分父子进程

1.1 父子进程的相同点

当一个进程调用 fork() 之后，子进程会复制父进程的大部分内容。它们初始状态一致，包括：

1.2 父子进程的不同点

一般来说，在 fork() 之后是父进程先执行还是子进程先执行是不确定的。这取决于内核所使用的调度算法。

需要注意的是，在子进程的地址空间里，子进程是从 fork() 这个函数后才开始执行代码。

1.3 写时复制机制（Copy-On-Write, COW）

子进程不是立即拷贝整个地址空间，而是延迟拷贝，用来节省内存。

虽然 fork() 看似只复制“少量不同信息”，但：

• 仍涉及创建新的进程控制块（PCB）
• 分配 PID 和其他资源
• 如果触发写操作，需复制内存页

因此通过写时复制技术最大程度降低成本：

• 读时共享：父子进程共享物理内存（只读权限）
• 写时复制：当一方尝试写入：系统才真正复制该页面 → 实现分离

优点：

• 节省资源，避免不必要的内存拷贝
• 提高性能（尤其是立即 exec() 的场景）

1.4 文件描述符的共享

注意：文件描述符共享 ≠ 文件内容共享，但操作影响对方的读写位置

二、代码示例

2.1 通过 fork() 区分父子进程

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

int main() {
pid_t pid;
pid = fork(); // 创建子进程

if (pid < 0) {
// 创建失败
perror("fork");
return 1;
}

if (pid == 0) {
// 子进程
while (1) {
printf("I am son\\n");
sleep(1);
}
} else {
// 父进程
while (1) {
printf("I am father\\n");
sleep(1);
}
}

return 0;
}

运行效果： 父子进程交替（或连续）输出不同的字符串，顺序不固定。

2.2 父子进程地址空间相互独立

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

int a = 10; // 全局变量

int main() {
int b = 20; // 局部变量
pid_t pid;
pid = fork();

if (pid < 0) {
perror("fork");
return 1;
}

if (pid == 0) {
// 子进程修改变量
a = 111;
b = 222;
printf("son: a = %d, b = %d\\n", a, b);
} else {
// 父进程等待子进程先运行
sleep(1);
printf("father: a = %d, b = %d\\n", a, b);
}

return 0;
}

运行效果：

son: a = 111, b = 222
father: a = 10, b = 20

三、父子进程小结

1. 父子进程的区别

• 创建方式：通过 fork() 系统调用创建子进程。

• 代码关系：子进程是父进程的“复制品”，初始代码和数据一致，但运行是相互独立的。

• 返回值区别：

  • 父进程中 fork() 返回 子进程的 PID（> 0）。
  • 子进程中 fork() 返回 0。
  • 如果返回值 < 0，表示创建失败。

• 运行顺序：父进程先执行还是子进程先执行 不确定，取决于内核调度算法。

• 子进程执行位置：在子进程地址空间中，从 fork() 调用之后的代码开始执行。

2. 父子进程的地址空间

• 相互独立：父子进程有独立的地址空间，互不影响。
• 变量修改互不干扰：
  • 全局变量和局部变量在 fork() 之后各自拥有一份拷贝。
  • 子进程修改变量，不会影响父进程的值（反之亦然）。

四、常用进程相关命令

4.1 ps 命令

• 功能：查看进程的详细状态。
• 常用选项：

• 常用用法：
  • ps aux：显示当前所有进程。
  • ps ajx：以更完整格式显示所有进程。

4.2 kill 命令

• 功能：向指定进程发送信号。

• 基本用法：

  • kill PID → 默认发送 SIGTERM（终止信号）。
  • kill -l → 查看所有信号编号与名称。
  • kill -9 PID 或 kill -SIGKILL PID → 强制终止进程。

• 注意：

  • SIGKILL（信号编号 9）不可被捕获或忽略，能强制结束进程。