[Linux] fork()的使用介紹

整個作業系統(Operating System, OS)是為了分配有限的硬體資源給Program使用，然而OS也視為一個Program，放進CPU中執行，為了讓OS Kernel辨識每個Process，就會有所謂的行程辨識元(Process Identifier, PID)，其中特別的是PID 0和1，0是Kernel用來Swap，交換分頁使用；而1則是初始化行程，也是Kernel建立的第一個Process，其他的Process基本上都是透過PID 1的init Process來產生。因此整個OS系統本身可以想像成一個Tree of Processes，root為init Process，亦為Parent Process，然後用fork()依序產生底下的Child Process，並回傳值0代表是Child Process。

系統函數fork()是用來產生process，讓OS可以達到multitasking或multithreading的功能，底下為兩個使用fork()函數的範例，一個是由Parent Process創建一個Child Process，然後Parent Process會等待Child Process執行完工作後，才繼續執行。另外一個則是，既然是兩個Process，Process之間就會有資料傳遞的問題，communication可以透過Sockets, Remote Procedure Calls和Pipes來傳遞。而此範例是採用Pipes的方式來傳遞，由Child Process傳遞字串”Greetings”給Parent Process讀取。

fork_example.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
 pid_t pid;
 /*fork another porcess*/
 pid = fork();
 if(pid<0) /*error occurred*/
 {
  fprintf(stderr, "Fork Failed");
  exit(-1);
 }
 else if(pid==0) /*child process*/
 {
  execlp("/bin/ls","ls",NULL);
 }
 else /*parent process*/
 {
  wait(NULL);
  printf("Child Complete\n");
  exit(0);
 }
}

執行結果

ordinary_pipe.c

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

#define BUFFER_SIZE 25
#define READ_END 0
#define WRITE_END 1

int main(void)
{
 char write_msg[BUFFER_SIZE] = "Greetings";
 char read_msg[BUFFER_SIZE];
 int fd[2];
 pid_t pid;
 
 if(pipe(fd)==-1)
 {
  fprintf(stderr,"Pipe failed");
  return 1; 
 } 
 
 pid = fork();
 
 if(pid<0)
 {
  fprintf(stderr, "Fork Failed");
  return 1;
 }
 
 if(pid>0)
 {
  close(fd[READ_END]);
  write(fd[WRITE_END], write_msg, strlen(write_msg)+1);
  close(fd[WRITE_END]); 
 } else
 {
  close(fd[WRITE_END]);
  read(fd[READ_END], read_msg, BUFFER_SIZE);
  printf("\nread %s\n", read_msg);
  close(fd[READ_END]);
 }
 
 return 0;
 
}

執行結果