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一个fork面试题

一个fork面试题

作者: 丶Em1tu0F | 来源:发表于2018-07-14 17:02 被阅读0次

    本文参考#:CoolShell
    题目:请问下面的程序一共输出多少个“-”?

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
     
    int main(void)
    {
       int i;
       for(i=0; i<2; i++){
          fork();
          printf("-");
       }
    
       wait(NULL);
       wait(NULL);
     
       return 0;
    }
    

    如果你对fork()的机制比较熟悉的话,这个题并不难,输出应该是6个“-”,但是,实际上这个程序会很tricky地输出8个“-”。

    要讲清这个题,我们首先需要知道fork()系统调用的特性,

    fork()系统调用是Unix下以自身进程创建子进程的系统调用,一次调用,两次返回,如果返回是0,则是子进程,如果返回值>0,则是父进程(返回值是子进程的pid),这是众为周知的。

    还有一个很重要的东西是,在fork()的调用处,整个父进程空间会原模原样地复制到子进程中,包括指令,变量值,程序调用栈,环境变量,缓冲区,等等。

    所以,上面的那个程序为什么会输入8个“-”,这是因为 printf("-"); 语句有buffer,所以,对于上述程序,printf("-"); 把“-”放到了缓存中,并没有真正的输出(参看C语言的谜题"中的第一题),在fork的时候,缓存被复制到了子进程空间,所以,就多了两个,就成了8个,而不是6个。

    另外,多说一下,我们知道,Unix下的设备有块设备字符设备的概念,所谓块设备,就是以一块一块的数据存取的设备,字符设备是一次存取一个字符的设备。磁盘、内存都是块设备,字符设备如键盘和串口。块设备一般都有缓存,而字符设备一般都没有缓存。

    对于上面的问题,我们如果修改一下上面的printf的那条语句为:

    printf("-\n");
    

    或是

    printf("-");
    fflush(stdout);
    

    就没有问题了(就是6个“-”了),因为程序遇到“\n”,或是EOF,或是缓中区满,或是文件描述符关闭,或是主动flush,或是程序退出,就会把数据刷出缓冲区。需要注意的是,标准输出是行缓冲,所以遇到“\n”的时候会刷出缓冲区,但对于磁盘这个块设备来说,“\n”并不会引起缓冲区刷出的动作,那是全缓冲,你可以使用setvbuf来设置缓冲区大小,或是用fflush刷缓存。

    我估计有些朋友可能对于fork()还不是很了解,那么我们把上面的程序改成下面这样:

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    
    int main(void)
    {
        int i;
        for(i=0; i<2; i++){
            fork(); //注意:下面的printf有“\n” 
            printf("ppid=%d, pid=%d, i=%d \n", getppid(), getpid(), i); 
        }
        sleep(10); //让进程停留十秒,这样我们可以用pstree查看一下进程树 
        return 0; 
    } 
    

    代码输出

    tangsx@:~/code/unix/src$ ./fork_tree
    ppid=3170, pid=21261, i=0 
    ppid=3170, pid=21262, i=0
    ppid=3170, pid=21261, i=1
    ppid=21261, pid=21263, i=1 
    ppid=21261, pid=21262, i=1 
    ppid=21262, pid=21264, i=1 
    
    tangsx@:~$ pstree | grep fork_tree 
             |-gnome-terminal--+-bash---fork_tree(21261)-+-fork_tree(21262)---fork_tree(21264)
             |                 |                         `-fork_tree(21263)
    
    
    

    上图:

    注意: 上图中的我用了几个色彩,相同颜色的是同一个进程。于是,我们的pstree的图示就可以成为下面这个样子:(下图中的颜色与上图对应)


    这样,对于printf(“-“);这个语句,我们就可以很清楚的知道,哪个子进程复制了父进程标准输出缓中区里的的内容,而导致了多次输出了。(如下图所示,就是我圆角标记的那两个子进程)


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