C语言进程（第一章进程基础，fork()函数，pid_t, pid, getpid()）

简介

当我们用c编程构建一个应用时，常常会遇到这样的场景：需要在程序中同时完成几项任务，如处理数据、打印输出、和读取用户输入等。这种需要同时进行多项任务效率更高的需求，就是“并发”。

一般由操作系统负责协调和分配计算机资源, 管理“进程”和“线程”。在c语言中，我们可以使用进程和线程来实现并发执行的目的。

进程(process) 是操作系统管理资源，供程序运行时需要访问和控制的运行空间和内存地址。每个进程拥有自己的内存空间、系统资源、打开文件以及与其他进程的互动等等。

我们常把整个程序作为一个进程来处理，但是一个程序同时可能包含多个运行实例，即多个进程。比如的浏览器中同时执行浏览网页、下载文件、播放视频等很多任务，那这些任务就会在不同的进程中执行。

入门

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当学习进程和线程这些概念之后，下面是一些适合入门的C语言案例如下：

创建一个简单的进程

include

int main() {

pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == -1) {
    printf("error: 创建进程失败 \n");
    exit(1);
} else if (pid == 0) {
    printf("我是子进程，我的pid是 %d \n", getpid());
} else {
    printf("我是父进程，我的pid是 %d \n", getpid());
}
return 0;

}

该程序使用fork()函数创建新进程。如果pid值小于0，则fork()系统调用失败并且创建一个新进程将无法完成；如果pid等于0，则说明当前运行的进程为子进程。所以我们执行该程序可以得到父进程的进程 id 和子进程的进程 id。

运行结果：
在这里插入图片描述
运行结果解释：
这个程序运行的输出结果是：

我是父进程，我的pid是 3173 
我是子进程，我的pid是 3213

在程序运行时，当 fork() 函数被调用时，进程会生成一个新的地址空间，然后把父进程的数据拷贝到新的地址空间中。新的进程就是所谓的子进程，它与父进程几乎完全相同，只有进程 ID 不同。

在父进程中，fork()函数返回子进程的进程 ID 号，也就是变量 pid 值大于 0，如果pid等于-1，则说明进程创建失败。
在子进程中，fork()函数返回0，因此在代码块 else if (pid == 0) 中执行，
输出 “我是子进程，我的pid是 xxx” 的格式化字符串，使用 getpid() 来获取子进程的PID号码。
在父进程中，在 else 语句块中执行，打印 “我是父进程，我的pid是 xxx”。使用 getpid() 来获取父进程自己的 PID 号。

两个打印信息出现的顺序是不确定的，这取决于操作系统选择在哪个进程上运行，这在每台计算机和每种操作系统都可能会有所不同。

fork()

fork()函数是Unix操作系统中创建新进程的一个函数。在C语言中，可以使用这个函数来创建新进程。

具体地说，当程序执行到 fork()函数时，它会创建一个子进程并使其运行同样的代码，相当于将原来的进程“复制”一份，形成了两个几乎完全相同的进程。其中，原有进程称为父进程，新创建出来的进程称为子进程。而在父进程和子进程中，通过fork()函数的返回值来区分不同进程，因为在子进程中，fork()函数将返回0，在父进程中，该值将是它所创建的子进程的进程ID。

fork() 函数可以用来实现普通进程的派生，也可以在后续中使用 execve() 系列函数去加载不同命令。

下面是基本的fork()函数使用案例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("error: 创建进程失败 \n");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {
        printf("我是子进程，我的pid是 %d \n", getpid());
    } else {
        printf("我是父进程，我的pid是 %d \n", getpid());
    }
    return 0;
}

在这个例子里，调用fork()函数创建了一个子进程。如果fork()函数调用失败，那么就会返回-1；在子进程时，其返回值为0，而在父进程时其返回值是子进程 ID。

需要注意的是，fork()函数非常耗费资源，因为该函数需要拷贝整个进程。因此在代码中应当尽量避免使用超过必要的fork()函数调用，在多次使用时也需要减少系统资源消耗和时间延迟等方面进行优化。

运行结果：
在这里插入图片描述

pid

pid 是 “process ID” 的缩写，即进程ID。

在操作系统中，每个正在运行的进程都会被分配一个唯一的整数进程 ID (PID)，用于标识该进程。进程 ID 在系统内部用作识别进程、管理进程状态等方面起着非常重要的作用，这意味着唯一的PID意味着对应唯一的进程标识符。在 Linux 和 Unix 系统中，可以使用 ps 命令和其他系统工具来查看当前运行的进程及其 PID。

你可以通过编写 shell 脚本或 C 语言程序来获得当前进程的 pid，使用 getpid()函数，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
int main() {
    printf("当前进程的pid是：%d\n", getpid());
    return 0;
}

在该程序中，使用getpid()函数获取当前进程的 PID，并把其打印出来。因为每个进程的PID都是独特的，运行该程序时，您将会得到一个不同于其他正在运行进程的独特 PID 值输出结果。

总之，在操作系统中了解和使用进程 ID 很重要，这有助于开发人员和系统管理员进行多种监控和管理活动，以及进行更好的调试和错误处理。

运行结果：
在这里插入图片描述

pid_t

在 C 语言中，pid_t 是一个整数类型，用于表示进程的 ID 。具体来说，在绝大多数 Unix 或 Linux 系统中，pid_t 的定义如下：

typedef int pid_t;

因此，pid_t 实际上是 int 类型，而且在一般情况下其大小与 int 相等。

使用 pid_t 这种类型是为了能够让代码更加可移植。因为不同平台之间对于进程ID的实现可能会有所不同，比如 Windows 平台就使用 HANDLE 类型而非 pid_t；在32位系统和64位系统上PID最大值也可能不同，而使用这种类型可以保证程序在不同的平台上都能正常编译和运行。因此，在编写依赖于进程ID的程序时，最好使用 pid_t 而非硬编码整数类型。

在 C 标准库 <unistd.h>中，fork() 函数说明返回一个 pid_t 类型的值，从而方便地获得新创建进程的 PID 号，示例代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 
#include <unistd.h> 
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid == -1) {
        printf("error: 创建进程失败 \n");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {
        printf("我是子进程，我的pid是 %d \n", getpid());
    } else {
        printf("我是父进程，我的pid是 %d \n", getpid());
    }
    return 0;
}