创建进程

父进程创建子进程需要用到fork()函数。调用 fork 时，系统将创建一个与当前进程相同的新进程。通常将原有的进程称为父进程，把新创建的进程称为子进程。子进程是父进程的一个拷贝，子进程获得同父进程相同的数据，但是同父进程使用不同的数据段和堆栈段。子进程从父进程继承大多数的属性，但是也修改一些属性，下表对比了父子进程间的属性差异：

继承属性	差异
uid,gid,euid,egid	进程 ID
进程组 ID	父进程 ID
SESSION ID	子进程运行时间记录
所打开文件及文件的偏移量	父进程对文件的锁定
控制终端
设置用户 ID 和设置组 ID 标记位
根目录与当前目录
文件默认创建的权限掩码
可访问的内存区段
环境变量及其它资源分配

fork调用的一个奇妙之处就是它仅仅被调用一次，却能够返回两次，在父进程中调用一次，在父进程和子进程中各返回一次。它可能有三种不同的返回值：
1）在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID；
2）在子进程中，fork返回0；
3）如果出现错误，fork返回一个负值；

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>   
int main ()   
{   
    pid_t fpid; //fpid表示fork函数返回的值  
    int count=0;  
    fpid=fork();   
    if (fpid < 0)   
        printf("error in fork!");   
    else if (fpid == 0) {  
        printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());   
        printf("我是爹的儿子/n");//对某些人来说中文看着更直白。  
        count++;  
    }  
    else {  
        printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());   
        printf("我是孩子他爹/n");  
        count++;  
    }  
    printf("统计结果是: %d/n",count);  
    return 0;  
}

运行结果是：

i am the child process, my process id is 5574
 我是爹的儿子
 统计结果是: 1
 i am the parent process, my process id is 5573
 我是孩子他爹
 统计结果是: 1

在语句fpid=fork()之前，只有一个进程在执行这段代码，但在这条语句之后，就变成两个进程在执行了，这两个进程的几乎完全相同，将要执行的下一条语句都是if(fpid<0)……

在fork函数执行完毕后，如果创建新进程成功，则出现两个进程，一个是子进程，一个是父进程。在子进程中，fork函数返回0，在父进程中，fork返回新创建子进程的进程ID。我们可以通过fork返回的值来判断当前进程是子进程还是父进程。

引用一位网友的话来解释fpid的值为什么在父子进程中不同。“其实就相当于链表，进程形成了链表，父进程的fpid(p 意味point)指向子进程的进程id, 因为子进程没有子进程，所以其fpid为0.
fork出错可能有两种原因：
1）当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN。
2）系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM。
创建新进程成功后，系统中出现两个基本完全相同的进程，这两个进程执行没有固定的先后顺序，哪个进程先执行要看系统的进程调度策略。
每个进程都有一个独特（互不相同）的进程标识符（process ID），可以通过getpid（）函数获得，还有一个记录父进程pid的变量，可以通过getppid（）函数获得变量的值。
fork执行完毕后，出现两个进程。

有人说两个进程的内容完全一样啊，怎么打印的结果不一样啊，那是因为判断条件的原因，上面列举的只是进程的代码和指令，还有变量啊。
执行完fork后，进程1的变量为count=0，fpid！=0（父进程）。进程2的变量为count=0，fpid=0（子进程），这两个进程的变量都是独立的，存在不同的地址中，不是共用的，这点要注意。可以说，我们就是通过fpid来识别和操作父子进程的。
还有人可能疑惑为什么不是从#include处开始复制代码的，这是因为fork是把进程当前的情况拷贝一份，执行fork时，进程已经执行完了int count=0;fork只拷贝下一个要执行的代码到新的进程。

fork进阶知识

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
int main(void)  
{  
   int i=0;  
   printf("i son/pa ppid pid  fpid/n");  
   //ppid指当前进程的父进程pid  
   //pid指当前进程的pid,  
   //fpid指fork返回给当前进程的值  
   for(i=0;i<2;i++){  
       pid_t fpid=fork();  
       if(fpid==0)  
           printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
       else  
           printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
   }  
   return 0;  
}

运行结果是：
   i son/pa ppid pid  fpid
   0 parent 2043 3224 3225
   0 child  3224 3225    0
   1 parent 2043 3224 3226
   1 parent 3224 3225 3227
   1 child     1 3227    0
   1 child     1 3226    0

这份代码比较有意思，我们来认真分析一下：
第一步：在父进程中，指令执行到for循环中，i=0，接着执行fork，fork执行完后，系统中出现两个进程，分别是p3224和p3225（后面我都用pxxxx表示进程id为xxxx的进程）。可以看到父进程p3224的父进程是p2043，子进程p3225的父进程正好是p3224。我们用一个链表来表示这个关系：
p2043->p3224->p3225
第一次fork后，p3224（父进程）的变量为i=0，fpid=3225（fork函数在父进程中返向子进程id），代码内容为：

for(i=0;i<2;i++){  
    pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=3225  
    if(fpid==0)  
       printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
    else  
       printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
}  
return 0;

p3225（子进程）的变量为i=0，fpid=0（fork函数在子进程中返回0），代码内容为：

for(i=0;i<2;i++){  
    pid_t fpid=fork();//执行完毕，i=0，fpid=0  
    if(fpid==0)  
       printf("%d child  %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
    else  
       printf("%d parent %4d %4d %4d/n",i,getppid(),getpid(),fpid);  
}  
return 0;

所以打印出结果：

1 2	0 parent 2043 3224 3225 0 child 3224 3225 0

第二步：假设父进程p3224先执行，当进入下一个循环时，i=1，接着执行fork，系统中又新增一个进程p3226，对于此时的父进程，p2043->p3224（当前进程）->p3226（被创建的子进程）。
对于子进程p3225，执行完第一次循环后，i=1，接着执行fork，系统中新增一个进程p3227，对于此进程，p3224->p3225（当前进程）->p3227（被创建的子进程）。从输出可以看到p3225原来是p3224的子进程，现在变成p3227的父进程。父子是相对的，这个大家应该容易理解。只要当前进程执行了fork，该进程就变成了父进程了，就打印出了parent。
所以打印出结果是：

1 2	1 parent 2043 3224 3226 1 parent 3224 3225 3227

第三步：第二步创建了两个进程p3226，p3227，这两个进程执行完printf函数后就结束了，因为这两个进程无法进入第三次循环，无法fork，该执行return 0;了，其他进程也是如此。
以下是p3226，p3227打印出的结果：

1 2	1 child 1 3227 0 1 child 1 3226 0

细心的读者可能注意到p3226，p3227的父进程难道不该是p3224和p3225吗，怎么会是1呢？这里得讲到进程的创建和死亡的过程，在p3224和p3225执行完第二个循环后，main函数就该退出了，也即进程该死亡了，因为它已经做完所有事情了。p3224和p3225死亡后，p3226，p3227就没有父进程了，这在操作系统是不被允许的，所以p3226，p3227的父进程就被置为p1了，p1是永远不会死亡的，至于为什么，这里先不介绍，留到“三、fork高阶知识”讲。

fork高阶知识

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
int main(void)  
{  
   int i=0;  
   for(i=0;i<3;i++){  
       pid_t fpid=fork();  
       if(fpid==0)  
           printf("son/n");  
       else  
           printf("father/n");  
   }  
   return 0;  
  
}

它的执行结果是：

father
 son
 father
 father
 father
 father
 son
 son
 father
 son
 son
 son
 father
 son

这里就不做详细解释了，只做一个大概的分析。

for    i=0     1      2
     father  father   father
                  	son
             son    	father
                   	son
      son    father   father
                   	son
             son    	father
                  	son

其中每一行分别代表一个进程的运行打印结果。
总结一下规律，对于这种N次循环的情况，执行printf函数的次数为2*（1+2+4+……+2N-1）次，创建的子进程数为1+2+4+……+2N-1个。数学推理见http://202.117.3.13/wordpress/?p=81
同时，大家如果想测一下一个程序中到底创建了几个子进程，最好的方法就是调用printf函数打印该进程的pid，也即调用printf(“%d/n”,getpid());或者通过printf(“+/n”);来判断产生了几个进程。有人想通过调用printf(“+”);来统计创建了几个进程，这是不妥当的。具体原因我来分析。
老规矩，大家看一下下面的代码：

#include <unistd.h>  
#include <stdio.h>  
int main() {  
    pid_t fpid;//fpid表示fork函数返回的值  
    //printf("fork!");  
    printf("fork!/n");  
    fpid = fork();  
    if (fpid < 0)  
        printf("error in fork!");  
    else if (fpid == 0)  
        printf("I am the child process, my process id is %d/n", getpid());  
    else  
        printf("I am the parent process, my process id is %d/n", getpid());  
    return 0;  
}

执行结果如下：
fork!
I am the parent process, my process id is 3361
I am the child process, my process id is 3362
如果把语句printf(“fork!/n”);注释掉，执行printf(“fork!”);
则新的程序的执行结果是：
fork!I am the parent process, my process id is 3298
fork!I am the child process, my process id is 3299
程序的唯一的区别就在于一个/n回车符号，为什么结果会相差这么大呢？
这就跟printf的缓冲机制有关了，printf某些内容时，操作系统仅仅是把该内容放到了stdout的缓冲队列里了,并没有实际的写到屏幕上。但是,只要看到有/n 则会立即刷新stdout,因此就马上能够打印了。
运行了printf(“fork!”)后,“fork!”仅仅被放到了缓冲里,程序运行到fork时缓冲里面的“fork!” 被子进程复制过去了。因此在子进程度stdout缓冲里面就也有了fork! 。所以,你最终看到的会是fork! 被printf了2次！！！！
而运行printf(“fork! /n”)后,“fork!”被立即打印到了屏幕上,之后fork到的子进程里的stdout缓冲里不会有fork! 内容。因此你看到的结果会是fork! 被printf了1次！！！！
所以说printf(“+”);不能正确地反应进程的数量。
大家看了这么多可能有点疲倦吧，不过我还得贴最后一份代码来进一步分析fork函数。

信号量

linux的信号量机制

对于与信号量操作有关的接口，Linux下主要提供了以下几个函数，值得注意的是，在Linux下的C接口中，这些函数的操作对象都是信号量值组，也就是一个信号量值的链表

在Linux系统中，使用信号量通常分为以下4个步骤：

① 创建信号量或获得在系统中已存在的信号量，此时需要调用 semget() 函数。不同进程通过使用同一个信号量键值来获得同一个信号量。

② 初始化信号量，此时使用 semctl() 函数的SETVAL操作。当使用二维信号量时，通常将信号量初始化为1。

③ 进行信号量的PV操作，此时，调用 semop()函数。这一步是实现进程间的同步和互斥的核心工作部分。

④ 如果不需要信号量，则从系统中删除它，此时使用semctl()函数的 IPC_RMID操作。需要注意的是，在程序中不应该出现对已经被删除的信号量的操作。

1、semget()函数

它的作用是创建一个新信号量或取得一个已有信号量，原型为：

1	int semget(key_t key, int num_sems, int sem_flags);

第一个参数key是整数值（唯一非零），不相关的进程可以通过它访问一个信号量，它代表程序可能要使用的某个资源，程序对所有信号量的访问都是间接的，程序先通过调用semget()函数并提供一个键，再由系统生成一个相应的信号标识符（semget()函数的返回值），只有semget()函数才直接使用信号量键，所有其他的信号量函数使用由semget()函数返回的信号量标识符。如果多个程序使用相同的key值，key将负责协调工作。

第二个参数num_sems指定需要的信号量数目，它的值几乎总是1。

第三个参数sem_flags是一组标志，当想要当信号量不存在时创建一个新的信号量，可以和值IPC_CREAT做按位或操作。设置了IPC_CREAT标志后，即使给出的键是一个已有信号量的键，也不会产生错误。而IPC_CREAT | IPC_EXCL则可以创建一个新的，唯一的信号量，如果信号量已存在，返回一个错误。

semget()函数成功返回一个相应信号标识符（非零），失败返回-1.

2、semop()函数

它的作用是改变信号量的值，原型为：

1	int semop(int sem_id, struct sembuf *sops, size_t num_sem_ops);

sem_id是由semget()返回的信号量标识符。

sops是指向信号量操作数组。

sembuf结构的定义如下：

struct sembuf{
    short sem_num; // 除非使用一组信号量，否则它为0,多组信号量中表示信号量在组内的索引值
    short sem_op;  // 信号量在一次操作中需要改变的数据，通常是两个数，一个是-1，即P（等待）操作，
                   // 一个是+1，即V（发送信号）操作。
    short sem_flg; // 通常为SEM_UNDO,使操作系统跟踪信号，
                   // 并在进程没有释放该信号量而终止时，操作系统释放信号量
};

sem_flg 参数：

该参数可设置为 IPC_NOWAIT 或 SEM_UNDO 两种状态。只有将 sem_flg 指定为 SEM_UNDO 标志后，semadj （所指定信号量针对调用进程的调整值）才会更新。此外，如果此操作指定SEM_UNDO，系统更新过程中会撤消此信号灯的计数（semadj）。此操作可以随时进行—它永远不会强制等待的过程。调用进程必须有改变信号量集的权限。
sem_flg公认的标志是 IPC_NOWAIT 和 SEM_UNDO。如果操作指定SEM_UNDO，当该进程终止时它将会自动撤消。

num_sem_ops表示的是操作数组sops中的操作个数，通常取值1。

semop函数成功返回信号量标识符，失败返回-1。

该函数所做的对于信号量的操作都是原子操作，即整个行为是一个整体，是不可打断的。所有操作是否可以立即执行取决于在个人sem_flg领域的IPC_NOWAIT标志的存在。

semop函数操作中的sem_op（+1或者-1）是基于semctl函数对信号量初始化的值的基础上的。例如semctl函数将信号量初始化为100，sem_op(+1)就是100+1。由此看出信号量初始化是很有必要的。

3、semctl()函数

该函数用来直接控制信号量信息，它的原型为：

1	int semctl(int sem_id, int sem_num, int command, ...);

函数的第一个参数 semid 为信号量集的标识符；
函数的第二个参数sem_num则是表示即将要进行操作的信号量的编号，即信号量集合的索引值，其中第一个信号量的索引值为0。

函数的第3个参数command代表将要在集合上执行的命令，其取值含义如下，通常用特定的宏代替：

IPC_STAT:获取某个信号量集合的semid_ds结构，并将其储存在semun联合体的buf参数所指的地址之中

IPC_SET:设置某个集合的semid_ds结构的ipc_perm成员的值，该命令所取的值是从semun联合体的buf参数中取到的

IPC_RMID:从内核删除该信号量集合

GETALL:用于获取集合中所有信号量的值，整数值存放在无符号短整数的一个数组中，该数组有联合体的array成员所指定

GETNCNT:返回当前正在等待资源的进程的数目

GETPID:返回最后一次执行PV操作（semop函数调用）的进程的PID

GETVAL:返回集合中某个信号量的值

GETZCNT:返回正在等待资源利用率达到百分之百的进程的数目

SETALL:把集合中所有信号量的值，设置为联合体的array成员所包含的对应值

SETVAL:将集合中单个信号量的值设置为联合体的val成员的值

command通常是下面两个值中的其中一个

SETVAL：用来把信号量初始化为一个已知的值。ps :这个值通过union semun中的val成员设置，其作用是在信号量第一次使用前对它进行设置。

IPC_RMID：用于删除一个已经无需继续使用的信号量标识符。

对于该函数，只有当command取某些特定的值的时候，才会使用到第4个参数，第4个参数它通常是一个union semum结构，定义如下：

union semun{    
    int val;    
    struct semid_ds *buf;    
    unsigned short *arry;    
};

对于第4个参数arg，
当执行SETVAL命令时用到这个成员，他用于指定要把信号量设置成什么值，涉及成员：val

在命令IPC_STAT/IPC_SET中使用，它代表内核中所使用内部信号量数据结构的一个复制，涉及成员：buf

在命令GETALL/SETALL命令中使用时，他代表指向整数值一个数组的指针，在设置或获取集合中所有信号量的值的过程中，将会用到该数组，涉及成员：array

例子：

github上的OS2例题。

共享内存

参考下文：

https://blog.csdn.net/guoping16/article/details/6584043

rhb_blog

linux的琐碎知识点

创建进程

fork进阶知识

fork高阶知识

信号量

linux的信号量机制

例子：

共享内存