操作系统-实例详解fork()的工作原理（超详细版）

讲解这一主题的帖子很多，但是对于初学者来说依然很难理解。所以本文会先贴出完整的实例代码，然后逐句讲解。重点在于理解函数的工作逻辑。读者可以直接从代码段后开始阅读。

#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    pid_t pid = fork();  // 创建一个子进程

    if (pid < 0) {
        // 如果 fork() 失败
        perror("fork failed");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {
        // 子进程逻辑
        printf("Child process (PID: %d) is running.\n", getpid());
        exit(42);  // 子进程以状态码 42 退出
    } else {
        // 父进程逻辑
        int status;
        pid_t child_pid = wait(&status);  // 等待子进程完成
        printf("Parent process: Child (PID: %d) terminated.\n", child_pid);

        if (WIFEXITED(status)) {
            // 检查子进程是否正常退出
            printf("Child exited with status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
        } else {
            printf("Child did not exit normally.\n");
        }
    }
    return 0;
}

首先要理解代码，第一行：pid_t pid = fork(); 这里pid_t 是一个数据类型，在 POSIX 标准中定义，用于表示进程的 ID。际实现中通常是一个整数类型。pid_t pid 定义了一个变量 pid，用于存储 fork() 的返回值。pid 将用来标识当前进程或子进程。

fork() 是一个系统调用，用于创建一个新的子进程。调用 fork() 后，系统会复制当前进程，形成两个几乎完全相同的进程（父进程和子进程）。这两个进程从 fork() 返回点开始，分别继续执行，但它们的返回值不同。在 父进程 中，fork() 返回 子进程的 PID。在 子进程 中，fork() 返回 0。

重点来了：父进程就是你写的这个代码在执行时，操作系统分配给它的初始进程。当程序运行时，操作系统会启动一个进程来执行它的代码。从程序的起点main()开始执行。运行你的程序最初只有一个进程，从第一行代码开始执行。当程序运行到 fork() 之前，整个程序的所有逻辑都是父进程在执行。

fork() 系统调用会创建一个新的子进程，此时，操作系统中有两个进程在运行这段代码：父进程：原来的进程。子进程：新创建的进程，它从 fork() 调用返回的位置 开始执行代码，返回点是指代码中调用 fork() 的那一行，而不是重新从程序的起点main()运行。

讲的更具体一些就是，当 fork() 被调用时，操作系统会：复制父进程的内存空间（包括代码段、数据段、栈等）。复制父进程的寄存器状态，包括程序计数器（PC）、栈指针（SP）、通用寄存器的值等。因为此时PC 保存的是下一条指令地址，PC 的值指向 fork() 系统调用的下一条指令。子进程从父进程那里复制了 PC，因此它从 fork() 调用返回的位置开始执行。

此时父子进程从 fork() 的返回点开始执行，pid 被赋值为子进程的 PID，例如 12345。执行 if (pid > 0) 块。子进程复制了父进程的 PC，所以从 fork() 的返回点开始执行。操作系统在子进程中将 fork() 的返回值设置为 0，即pid 被赋值为 0，执行 else if (pid == 0) 块。

理解了这些部分，wait()的作用就很容易看懂了。 wait()的功能是让父进程等待子进程的状态变化（如子进程退出），然后返回已退出的子进程的 PID。如果出错（如没有子进程），wait() 返回 -1。子进程在运行过程中，任何状态变化（退出、被信号终止、暂停等）都会向操作系统内核报告。内核会记录这些状态变化，并将子进程的状态保存在数据结构中（如进程控制块，PCB）。当父进程调用 wait() 时：内核检查是否有子进程的状态发生变化。如果有变化，wait() 将子进程的相关信息返回给父进程。

int status;
pid_t child_pid = wait(&status);

这两行意思就是获取退出子进程的 PID（存储在 child_pid 中）。同时将子进程的退出状态保存到变量 status。wait() 的参数是用来接收子进程的退出状态（如退出码或信号信息）。如果你不关心退出状态，可以传 NULL。

大家可以试着去编译执行示例代码。我自己运行的结果是：

This is the child process. My PID: 1237
This is the parent process. Child PID: 1237
Child exited with status: 42