Linux进程管理——fork()和写时复制

　　简介　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  

　　程序每次执行时，操作系统都会创建一个新进程来运行程序指令。进程中可调用os.fork,要求操作系统新建一个子进程.[windowsc系统中，os模块没有os.fork函数]。

　　每个进程都有一个不重复的进程id号。或称pid，它对进程进行标识。子进程与父进程完全相同，子进程从父进程继承了多个值的拷贝。如全局变量和环境变量。fork后，子进程接收返回值0，而父进程接收子进程的pid作为返回值

os.fork()

fork a child process. return 0 in the child and the child’s process id in the parent. if an error occurs oserror is raised.

note that some platforms including freebsd <= 6.3 and cygwin have known issues when using fork() from a thread.

availability: unix  > 仅支持基于unix核心的系统

（一）fork函数在子进程中返回0，在父进程中返回子进程的id：　　　　　　

• os.getpid() 　　返回进程pid

• os.getppid()　　返回父进程pid

# -*-coding:utf-8-*-
import os
import time
print('before calling')

p = os.fork()  # 主进程，子进程同时向下执行

print('after calling')

if p == 0:
    print('执行子进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
else:
    print('执行主进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))

[root@192 ~]# python fork.py 
before calling
after calling
执行主进程, pid=1629 ppid=1572 p=1630
after calling
执行子进程, pid=1630 ppid=1629 p=0

结论:调用os.fork()之后，主进程和子进程同时执行该行以下的代码，子进程中fork函数返回0，父进程中返回1630，即子进程的pid.

再看下面的代码结果:

# -*-coding:utf-8-*-
import os
import time
print('before calling')

p = os.fork()  # 主进程，子进程同时向下执行

print('after calling')

if p == 0:
    print('执行子进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
    time.sleep(1)
    print('执行子进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
else:
    print('执行主进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))

[root@192 ~]# python fork.py 
before calling
after calling
执行主进程, pid=1648 ppid=1572 p=1649
after calling
执行子进程, pid=1649 ppid=1648 p=0
[root@192 ~]# 执行子进程, pid=1649 ppid=1 p=0

子进程先打印一段信息，再睡一秒，再打印一段信息，在子进程输出的两次信息中，ppid分别是2513和1。—— 问1:ppid怎么变了？

接下来进行探讨:

（二）fork()开启进程，主进程执行结束后，不会等待子进程:　　　　　　　 

　　实践：后台执行下面的代码，让主进程睡五秒，子进程睡十秒：

# -*-coding:utf-8-*-

import os
import time

p = os.fork()

if p == 0:
    time.sleep(10)
    print('执行子进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
else:
    time.sleep(5)
    print('执行主进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))

[root@192 ~]# python fork.py &   ### 后台执行python代码
[1] 1693

### 五秒前，查看进程信息：主进程为1693，子进程为1694

[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1693  0.0  0.1 125432  4592 pts/0    s    21:23   0:00 python fork.py
root       1694  0.0  0.0 125432  2748 pts/0    s    21:23   0:00 python fork.py
root       1696  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:23   0:00 grep --color=auto fork.py
[root@192 ~]# 执行主进程, pid=1693 ppid=1572 p=1694  (此为程序打印信息，说明主进程已执行完)

[1]+  done                    python fork.py

### 五秒后，主进程执行完毕，查看进程信息：只剩子进程1694

[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1694  0.0  0.0 125432  2748 pts/0    s    21:23   0:00 python fork.py
root       1698  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:23   0:00 grep --color=auto fork.py
[root@192 ~]# 执行子进程, pid=1694 ppid=1 p=0    (此为程序打印信息，说明子进程已执行完。 *注意，这里ppid是1)

### 十秒后，子进程执行完毕，子进程结束

[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1708  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:23   0:00 grep --color=auto fork.py

现象:五秒前，两个进程都在执行，五秒后，主进程结束，只剩一个子进程(说明父进程没有等待子进程)，十秒后，子进程结束

结论:父进程执行结束后不等待子进程

问1的解释:子进程第一次打印时，刚好父进程还未结束，还可以获取到父进程ppid，因此第一次打印的ppid是父进程的pid，当睡了一秒以后，父进程早就执行完了，溜了，没有等待子进程，因此子进程交给了init进程, ppid就变成1.

（三）僵尸进程:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

 

　　若子进程比父进程先结束，而父进程又没有回收子进程，释放子进程占用的资源，此时子进程将成为一个僵尸进程。

 

有什么坏处?　如果大量的产生僵尸进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害，应当避免。

 僵尸进程的避免:

1. 父进程通过os.wait()和os.waitpid等函数等待子进程结束，这会导致父进程挂起。
2. 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为sigchld安装handler，因为子进程结束后， 父进程会收到该信号，可以在handler中调用wait回收。
3. 如果父进程不关心子进程什么时候结束，那么可以用signal（sigchld,sig_ign） 通知内核，自己对子进程的结束不感兴趣，那么子进程结束后，内核会回收， 并不再给父进程发送信号。
4. 还有一些技巧，就是fork两次，父进程fork一个子进程，然后继续工作，子进程fork一 个孙进程后退出，那么孙进程被init接管，孙进程结束后，init会回收。不过子进程的回收 还要自己做。

子进程变成僵尸进程，是因为父进程先执行完，没有替子进程收尸。而wait()并不是用来收尸的，只是防止父进程先于子进程退出；如果父进程先退出，会使子进程成为僵尸进程，这时候子进程的收尸就由1号init进程来回收。

主进程通过调用os.wait()等待子进程结束:

# -*-coding:utf-8-*-

import os
import time

p = os.fork()

if p == 0:
    time.sleep(10)
    print('执行子进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
else:
    time.sleep(5)
    print('执行主进程, pid={} ppid={} p={}'.format(os.getpid(), os.getppid(), p))
    os.wait()

[root@192 ~]# python fork.py &   # 后台执行python代码

### 五秒前，查看进程信息：主进程为1751，子进程为1752

[1] 1751
[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1751  0.5  0.1 125432  4588 pts/0    s    21:29   0:00 python fork.py
root       1752  0.0  0.0 125432  2748 pts/0    s    21:29   0:00 python fork.py
root       1754  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:29   0:00 grep --color=auto fork.py
[root@192 ~]# 执行主进程, pid=1751 ppid=1572 p=1752　　(此为程序打印信息，说明主进程已执行到os.wait())

### 五秒后，主程序打印了信息并调用了os.wait()，查看进程信息：主进程为1751，子进程为1752,主进程没有结束

[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1751  0.1  0.1 125436  4588 pts/0    s    21:29   0:00 python fork.py
root       1752  0.0  0.0 125432  2748 pts/0    s    21:29   0:00 python fork.py
root       1756  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:29   0:00 grep --color=auto fork.py
[root@192 ~]# 执行子进程, pid=1752 ppid=1751 p=0　　(此为程序打印信息，说明子进程已执行完。 *注意，这里ppid不是1)

[1]+  done                    python fork.py

### 十秒后，子进程执行完毕，子进程结束，父进程随着子进程的结束而结束

[root@192 ~]# ps aux | grep fork.py
root       1758  0.0  0.0 112704   980 pts/0    s+   21:29   0:00 grep --color=auto fork.py

现象:五秒前，两个进程都在执行，五秒后，主进程执行完成并调用了os.wait()，等待子进程结束，十秒后，子进程结束，父进程也随之结束

结论:父进程可调用os.wait()等待子进程结束。　　*没有子进程就调用os.wait()会抛异常:　oserror: [errno 10] no child processes

（四）进程间资源独立:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 

实践:在fork()函数前定义一个变量，在子进程中修改值，再从主进程中查看变量是否被修改：

# -*-coding:utf-8-*-

import os
import time

variable = []
p = os.fork()
if p == 0:
    variable.append(1)
    print('子进程 variable_id={}'.format(id(variable)))
    print('子进程 variable={}'.format(variable))
else:
    time.sleep(1)  # 睡一秒，让子进程先改变变量的值
    print('主进程 variable_id={}'.format(id(variable)))
    print('主进程 variable={}'.format(variable))
    os.wait()

[root@192 ~]# python fork.py 
子进程 variable_id=140426199897224
子进程 variable=[1]
主进程 variable_id=140426199897224
主进程 variable=[]

结论:子进程中改变了变量的值，但在父进程中并未改变，说明进程间全局变量不共享

问2:但为什么变量id一样?

问2的解释:  写时复制技术：内核只为新生成的子进程创建虚拟空间结构，它们来复制于父进程的虚拟空间结构，但是不为这些段分配物理内存，它们共享父进程的物理空间，当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程相应的段分配物理空间。因此不论子进程有没有修改操作，虚拟地址是一样的，两个进程查看变量的id值是相同的

 

参考链接:

百度百科僵尸进程

linux进程管理——fork()和写时复制

 

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