1. 介绍
在Linux操作系统中，每个程序都称为一个进程。进程是计算机中运行的程序的实例，可以独立分配资源并执行任务。在Linux中，一个进程可以创建其他进程，被创建的进程称为子进程，创建其他进程的进程称为父进程。子进程和父进程之间有着特殊的关系，通过该关系可以实现进程间的通信和控制。
2. 子进程的创建
父进程在创建子进程时，使用系统调用fork()函数。fork()函数会创建一个新的进程，该进程与父进程几乎完全相同，包括代码段、数据段、堆、栈等。子进程是父进程的副本。
在代码中，使用fork()函数可以将进程分为两个完全相同的子进程。fork()函数会返回两次，一次在父进程中返回子进程的PID（进程标识符），一次在子进程中返回0。通过这种方式，父进程和子进程可以通过PID来区分自己的身份。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == 0) {
printf("This is the child process\n");
// 子进程执行的代码
} else if (pid > 0) {
printf("This is the parent process\n");
// 父进程执行的代码
} else {
printf("Fork failed\n");
}
return 0;
}
3. 父子进程的关系
3.1 唯一关系
在一个Linux系统中，一个进程可以有多个子进程，但只能有一个父进程。子进程只能有一个父进程，而父进程可以有多个子进程。这样就形成了一个树形结构的进程关系。
每个进程都有一个PID来标识自己，父进程的PID是创建它的进程的PID，子进程的PID是fork()函数返回的值。通过这种方式，可以方便地确定进程间的关系。
3.2 进程的终止与资源释放
当一个进程终止时，它的子进程不会受到影响。子进程可以继续执行，也可以终止。当一个进程终止时，系统会向它的父进程发送一个称为SIGCHLD的信号，父进程可以通过接收该信号来处理子进程的终止。
当父进程终止时，子进程并不会立即终止。子进程的PPID（父进程的PID）会变成1，也就是init进程的PID。init进程是Linux系统中的第一个进程，它会接管孤儿进程（没有父进程的进程）并进行处理。
4. 进程间通信
在Linux中，子进程和父进程之间可以通过多种方式进行通信，包括管道、信号、共享内存等。这些通信机制可以使父子进程之间实现数据的交换和同步。
4.1 管道
管道是一种半双工的通信方式，它可以将一个进程的输出作为另一个进程的输入。父子进程可以通过管道来传递数据。
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main() {
int pipefd[2];
int ret;
char buf[256];
ret = pipe(pipefd);
if (ret == -1) {
printf("Pipe creation failed\n");
return 1;
}
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
// 子进程读取管道
close(pipefd[1]);
read(pipefd[0], buf, sizeof(buf));
printf("Child process received: %s\n", buf);
close(pipefd[0]);
} else if (pid > 0) {
// 父进程写入管道
close(pipefd[0]);
write(pipefd[1], "Hello from parent process", 25);
close(pipefd[1]);
} else {
printf("Fork failed\n");
return 1;
}
return 0;
}
4.2 信号
信号是一种异步通信机制，通过向进程发送信号来通知它发生了某个事件。父子进程可以通过信号来进行进程间的通信。
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void handle_signal(int signum) {
printf("Received signal: %d\n", signum);
}
int main() {
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid == 0) {
// 子进程注册信号处理函数
signal(SIGUSR1, handle_signal);
while(1) {
// 子进程执行的代码
}
} else if (pid > 0) {
// 父进程向子进程发送信号
sleep(1);
kill(pid, SIGUSR1);
} else {
printf("Fork failed\n");
return 1;
}
return 0;
}
4.3 共享内存
共享内存是一种内存区域，可以被多个进程共享。父子进程可以通过共享内存来交换数据。
#include <stdio.h>
#include <sys/shm.h>
int main() {
int shmid;
key_t key;
char* data;
key = ftok("shared_memory_example", 1234);
shmid = shmget(key, 1024, 0666 | IPC_CREAT);
data = (char*)shmat(shmid, (void*)0, 0);
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
// 子进程写入共享内存
sprintf(data, "Hello from child process");
shmdt(data);
} else if (pid > 0) {
// 父进程读取共享内存
wait(NULL);
printf("Parent process received: %s\n", data);
shmdt(data);
shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);
} else {
printf("Fork failed\n");
return 1;
}
return 0;
}
5. 总结
子进程和父进程在Linux中的关系是一种特殊的关系，可以通过该关系实现进程间的通信和控制。通过fork()函数，父进程可以创建子进程并将任务分配给子进程。子进程继承父进程的资源和环境，但拥有自己的独立空间。
父子进程通过PID来区分自己的身份，父进程的PID是创建它的进程的PID，子进程的PID是fork()函数返回的值。进程的终止会导致信号的发送和资源的释放。
父子进程可以通过多种方式进行通信，包括管道、信号和共享内存。这些通信机制可以使父子进程之间实现数据的交换和同步。