LInux: fork函数究竟是如何工作的？为何一个变量能够接受两个返回值？
前言
在Linux中，创建进程有两种方式：
- 在命令行中直接启动进程。例如在命令行中输入pwd、tar等命令后，操作系统会直接加载，运行相应的进程。
- 通过代码创建进程 —— fork()函数。
在Linux中，查看进程最常用的两种方式：
- 使用
ps axj 或 ps aux指令查看进程。 - 使用
ls /proc指令查看当前已加载到内存中所有的进程。
一、fork()用法
fork()是一个系统调用接口函数。
fork()的原型是pid_t fork(void)，其中pid_t是一个整型int的别名。
使用fork()，系统会以当前进程为模板，创建子进程（创建子进程时，OS会将当前进程的大部分属性来初始化子进程，而对于子进程的pid、ppid等属性则是单独实现）。同时对于父进程，fork()函数会返回子进程的pid；而对于子进程来说，fork()函数直接返回0！并且文档中明确表示fork()函数创建进程通常是成功的，所有返回值为负数一般忽略。
二 、fork()应用实例展示
下面我们在process.c中有这样一段代码：
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{//getpid()、getppid()都是系统调用，分别返回当前进程的pid和ppid
printf("我是一个进程，我的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
while(1)
{
printf("我是子进程，我的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
else if(id > 0)
{
while(1)
{
printf("我是父进程，我的pid:%d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
}
}
else
{//返回失败
return 1:
}
return 0;
}
我们用Makefile、make对上述代码进行编译、运行看看会发生什么？
【动画展示】：
我们发现fork()前的代码只执行了一次（一定是父进程执行），但fork()后的两个判断条件中的代码都执行了（即两个while循环）这也进一步说明了fork()后，操作系统会创建一个子进程！！
tips:
- 上述展示视频中左边是一个监视进程的脚本，可以不断循环打印目标进程的相关属性信息。脚本如下：（如果需要监视其他进程信息，只需将脚本中的myprocess改成目标可执行程序即可！
while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep myprocess | grep -v "grep"; sleep 1; echo "#########################################################"; done
三、fork()工作原理
3.1 为什么要创建子进程？
父进程创建子进程通常是希望子进程来协助父进程来完成一些工作，这些工作是单进程无法实现的。
例如：用户在下载某一款软件时，同时存在播放该款软件的官方宣传视频的需求。这就需要子进程来协助父进程来达到边下载边播放的目的。即通过一定手段（通常时fork()的返回值），让父子进程分别执行不同的代码！
3.2 fork()究竟干了些什么？
fork()创建进程后，OS中会多一个进程(子进程)。在创建过程中，Linux操作系统会为子进程创建对应的PCB,并用父进程的大部分属性来初始化子进程的相关属性（如子进程的pid、ppid、所在路径等属性信息则是单独实现）。最后将该进程链入到运行队列中，等待CPU的调度！！
而进程 = 代码 + 内核数据结构和数据，并且进程间时是相互独立的。而进程中的代码和数据等是操作系统在创建该进程时，从磁盘上加载拷贝到内存中的。但创建的子进程是直接在内存中创建的，子进程并没有相应的代码和数据，那要怎么解决这个问题呢？
实际上，代码只是用于读取的。所以Linux中fork()创建的子进程和父进程共用同一段代码。但对于数据来说，父/子进程间必然会存在差异（比如pid、ppid等）。同时为了保证父/子进程间的独立性，必须在父/子进程中各自独立私有一份。而在Linux中采用了写时拷贝的方式来解决这个问题。
下一个问题就是为啥我们在前面动画展示中，fork()创建出的子进程只执行fork()后的代码？在fork()前的代码子进程能否“看见”呢？
答案是子进程能看见fork()前的所有代码！至于为啥子进程只执行fork()后的代码，这是由于代码运行过程中，存在诸如epi、pc等寄存器。这些寄存器中会保存当前指令要执行的下一条指令的地址。而fork()创建子进程过程中，父进程中pc、epi等寄存器的结果也“继承”给了子进程。所以才出现子进程只运行执行fork()函数后的代码！
3.3 fork为什么会存在两个返回值？
fork()是一个函数，其存在返回值。fork()在执行是，操作系统内核做了如下工作：分配新的内存块和数据结构给子进程、将父进程的部分内核数据结构拷贝给子进程、添加子进程到系统进程列表中，调度器开始调度。
fork()函数执行完后，已经完成了创建子进程、将子进程添加到调度队列中等工作。当父进程和子进程在调度队列中被调度时，两个进程都需要执行return语句，都需要返回一个值！所以fork存在两个返回值！（操作系统通过寄存器来实现返回值返回两次）（真正原因其实在于地址空间的实现）
3.5 为何fork函数中父进程返回子进程的pid、子进程返回0？
对于一个进程，其父进程是唯一确定的，但其子进程可能存在多个。就像我们生活中，一个孩子的爹是唯一确定的；但对于一个父亲，其可能存在多个孩子。
而父进程和子进程之间是管理和被管理的关系。父进程为了更好的管理好子进程，所以fork函数在创建子进程后返回子进程pid；对于子进程来说，其只需管理好自身即可，所以返回0。
3.5 父进程和子进程谁先运行？
我们已经看到了fork()函数会创建一个子进程。创建完子进程后，子进程会被加载链接到系统进程列表中等待CPU调度运行。
至于父进程和子进程谁先被CPU调度是不确定的。进程被调度的先后顺序由各自的PCB中的调度信息（时间片 + 优先级等）+ 调度器算法确定。换句话说，父进程和子进程谁先运行是由操作系统决定的！
3.6 为何同一个变量接收两个返回值
我们前面已经提到过了进程是相互独立的，为例保存fork()创建出的子进程和父进程之间的独立性，我们所采用的解决办法是：代码共享，数据采用写时拷贝的方式在父进程和子进程中各自维护一份。
我们知道在执行pid_t id = fork();语句时，本质上是将fork()的返回值写入变量id。而变量id是父进程创建的，而fork()返回时发生了写时拷贝，所以同一个变量会有两个返回值！