本文主要是介绍关于for循环中调用fork()系统调用的执行原理解析，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
关于for循环中调用fork()系统调用的执行原理解析_fan1570285527的博客-CSDN博客
关于for循环中调用fork（）系统调用的执行原理解析
该问题来源于操作系统概念（第九版）一书中的第三章的习题3.5，分析for循环中fork的执行原理
1、预备知识
2、题目解析
3、剖析原理
4、结论和意外发现
4.1、结论：
4.2、意外发现
该问题来源于操作系统概念（第九版）一书中的第三章的习题3.5，分析for循环中fork的执行原理
1、预备知识
fork()系统调用原理：
fork()系统调用用来创建新的进程，调用fork的进程为父进程，新创建的进程为子进程，新进程的地址空间复制了原来进程的地址空间，fork()函数执行完毕后，这两个进程（父和子）都继续执行处于系统调用fork()之后的指令，但有一点需要特别注意，fork()向新进程（子进程）的地址空间中返回0，而向父进程中返回的值为新进程的pid（进程标识符）。
解读：
关于 “新进程的地址空间复制了原来进程的地址空间” 这句话的话一开始我没太理解，后来搞清楚了，用大白话来讲的话就是，在fork执行完毕后，两个进程所拥有的所有东西都是一样的，书中也提到子进程就是父进程的一个copy，但是他们的区别是进程标识符----pid不同。
搞清楚了fork()系统调用的概念和原理后就可以接着来看这道题目了。
2、题目解析
题目描述：
请分析下列C程序创建了多少个进程？
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
int i;
for (i = 0; i < 4; i++) {
pid = fork();
}
return 0;
}
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在不影响最终执行结果的基础上，我对原始代码进行了一点改动，加了一些打印和同步的语句方便分析运行结果
补充说明：
getpid()用来获取当前进程的进程标识符，我们显示为pid；
getppid() 用来获取当前进程的父进程的进程标识符，我们取别名叫做ppid;
wait(NULL); 语句的作用是等待当前进程的子进程执行完毕;
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
int i;
int n = 4;
printf("main process pid is :%d\n", getpid());
pid_t pid;
for (i = 0; i < n; i++) {
pid = fork();
if (pid < 0) {
printf("fork failed...\n");
return 1;
} else if (pid == 0) {
printf("child process... pid=%d ppid=%d current i=%d\n", getpid(), getppid(), i);
} else {
printf("parent process... pid=%d ppid=%d current i=%d\n", getpid(), getppid(), i);
wait(NULL);
printf("parent process... pid=%d his child compeleted...\n", getpid());
}
}
return 0;
}
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执行结果：
main process pid is :29574
parent process... pid=29574 ppid=22955 current i=0
child process... pid=29575 pid=29574 current i=0
parent process... pid=29575 ppid=29574 current i=1
child process... pid=29576 pid=29575 current i=1
parent process... pid=29576 ppid=29575 current i=2
child process... pid=29577 pid=29576 current i=2
parent process... pid=29576 his child compeleted...
parent process... pid=29575 his child compeleted...
parent process... pid=29575 ppid=29574 current i=2
child process... pid=29578 pid=29575 current i=2
parent process... pid=29575 his child compeleted...
parent process... pid=29574 his child compeleted...
parent process... pid=29574 ppid=22955 current i=1
child process... pid=29579 pid=29574 current i=1
parent process... pid=29579 ppid=29574 current i=2
child process... pid=29580 pid=29579 current i=2
parent process... pid=29579 his child compeleted...
parent process... pid=29574 his child compeleted...
parent process... pid=29574 ppid=22955 current i=2
child process... pid=29581 pid=29574 current i=2
parent process... pid=29574 his child compeleted...
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从执行结果中可以看出，加上我们原本的main进程，最终一共有16个进程。再仔细分析，我们可以发现他有点类似建树的过程。但是这样直接根据一次的结果来分析不太严谨。
3、剖析原理
我们将循环条件按照1 -> 5顺序依次调整，看执行结果。
当 n == 1 时，执行结果为：
main process pid is :516
parent process... pid=516 ppid=22955 current i=0
child process... pid=517 ppid=516 current i=0
parent process... pid=516 his child compeleted...
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用树来表示： 图中方框内数字代表进程标识符pid，圆圈中数字表示当前进程中变量i的值
当 n == 2 时，执行结果为：
main process pid is :623
parent process... pid=623 ppid=22955 current i=0
child process... pid=624 ppid=623 current i=0
parent process... pid=624 ppid=623 current i=1
child process... pid=625 ppid=624 current i=1
parent process... pid=624 his child compeleted...
parent process... pid=623 his child compeleted...
parent process... pid=623 ppid=22955 current i=1
child process... pid=626 ppid=623 current i=1
parent process... pid=623 his child compeleted...
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用树来表示：
当 n == 3 时，执行结果为：
main process pid is :1120
parent process... pid=1120 ppid=22955 current i=0
child process... pid=1121 ppid=1120 current i=0
parent process... pid=1121 ppid=1120 current i=1
child process... pid=1122 ppid=1121 current i=1
parent process... pid=1122 ppid=1121 current i=2
child process... pid=1123 ppid=1122 current i=2
parent process... pid=1122 his child compeleted...
parent process... pid=1121 his child compeleted...
parent process... pid=1121 ppid=1120 current i=2
child process... pid=1124 ppid=1121 current i=2
parent process... pid=1121 his child compeleted...
parent process... pid=1120 his child compeleted...
parent process... pid=1120 ppid=22955 current i=1
child process... pid=1125 ppid=1120 current i=1
parent process... pid=1125 ppid=1120 current i=2
child process... pid=1126 ppid=1125 current i=2
parent process... pid=1125 his child compeleted...
parent process... pid=1120 his child compeleted...
parent process... pid=1120 ppid=22955 current i=2
child process... pid=1127 ppid=1120 current i=2
parent process... pid=1120 his child compeleted...
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用树来表示：
当 n == 4 时，执行结果为：
main process pid is :1758
parent process... pid=1758 ppid=22955 current i=0
child process... pid=1759 ppid=1758 current i=0
parent process... pid=1759 ppid=1758 current i=1
child process... pid=1760 ppid=1759 current i=1
parent process... pid=1760 ppid=1759 current i=2
child process... pid=1761 ppid=1760 current i=2
parent process... pid=1761 ppid=1760 current i=3
child process... pid=1762 ppid=1761 current i=3
parent process... pid=1761 his child compeleted...
parent process... pid=1760 his child compeleted...
parent process... pid=1760 ppid=1759 current i=3
child process... pid=1763 ppid=1760 current i=3
parent process... pid=1760 his child compeleted...
parent process... pid=1759 his child compeleted...
parent process... pid=1759 ppid=1758 current i=2
child process... pid=1764 ppid=1759 current i=2
parent process... pid=1764 ppid=1759 current i=3
child process... pid=1765 ppid=1764 current i=3
parent process... pid=1764 his child compeleted...
parent process... pid=1759 his child compeleted...
parent process... pid=1759 ppid=1758 current i=3
child process... pid=1766 ppid=1759 current i=3
parent process... pid=1759 his child compeleted...
parent process... pid=1758 his child compeleted...
parent process... pid=1758 ppid=22955 current i=1
child process... pid=1767 ppid=1758 current i=1
parent process... pid=1767 ppid=1758 current i=2
child process... pid=1768 ppid=1767 current i=2
parent process... pid=1768 ppid=1767 current i=3
child process... pid=1769 ppid=1768 current i=3
parent process... pid=1768 his child compeleted...
parent process... pid=1767 his child compeleted...
parent process... pid=1767 ppid=1758 current i=3
child process... pid=1770 ppid=1767 current i=3
parent process... pid=1767 his child compeleted...
parent process... pid=1758 his child compeleted...
parent process... pid=1758 ppid=22955 current i=2
child process... pid=1771 ppid=1758 current i=2
parent process... pid=1771 ppid=1758 current i=3
child process... pid=1772 ppid=1771 current i=3
parent process... pid=1771 his child compeleted...
parent process... pid=1758 his child compeleted...
parent process... pid=1758 ppid=22955 current i=3
child process... pid=1773 ppid=1758 current i=3
parent process... pid=1758 his child compeleted...
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用树来表示：（为了方便，后面的图中省略了pid标识）
当 n == 5 时，由于篇幅限制，省略执行结果，直接上树图
几张树图应该表示的很清晰了，这里我们选取n == 5的树图进行解释：
首先main进程执行for循环，我们先不考虑子进程的执行，只考虑main进程的执行步骤，那么很简单就能知道他一定会循环5次，也就是说调用5次fork()创建了5个新的进程，在图中就是树的第二层，每个节点的数字代表当前变量i的值
接下来我们去分析第一个新进程，也就是第二层中的0号进程。因为fork()执行完毕后，新进程也会接着执行fork()系统调用后的代码，在这里就是继续执行for循环，首先进行i++操作，那么此时i == 1，只针对浅红色0号进程而言，for循环需要从i == 1开始执行，那么当前进程只会在循环4次，也就是创建出4个新的进程
剩下的以此类推，就可以得到完整的进程树
4、结论和意外发现
4.1、结论：
最朴素的计算方法就是按照上述图的解析的方法去画出进程树，最终统计出进程数中节点个数。
4.2、意外发现
如果我们从第一张图分析道第五张图，把关注点放在进程数的每层的节点数量上，我们可以很轻松的发现它每层的节点数量是关于中间层对称的，是不是超级像一个数学知识点 ------ 杨辉三角
先给出推论：
for循环中n的值和进程树的深度depth的关系为：depth = n + 1
for循环中n的值与杨辉三角的行line的值关系为：line = n + 1
结合上述两条，给定一个n，我们可以确定进程树中从上往下每层节点总数与杨辉三角中的第 line = n + 1行的数值一一对应。
当 n == 1 ，进程树深度为n + 1 = 2；从上到下每层节点总数分别为1、1;
当 n == 2 ，进程树深度为n + 1 = 3；从上到下每层节点总数分别为1、2、1;
当 n == 3 ，进程树深度为n + 1 = 4；从上到下每层节点总数分别为1、3、3、1;
当 n == 4 ，进程树深度为n + 1 = 5；从上到下每层节点总数分别为1、4、6、4、1;
当 n == 5 ，进程树深度为n + 1 = 6；从上到下每层节点总数分别为1、5、10、10、5、1;
个人结论： 给定循环边界n，可根据公式 全部进程数 = 杨辉三角第 n + 1 行的和; 计算出创建的所有进程数量。
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