从fork面试题開始的思考

一、文章来由

还是按照惯例来说一下文章为什么来的。晚上好基友在网上刷面试题，看到一个有趣的题目，于是開始了研究，就有了这篇文章。

二、进入正题

题目例如以下：

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

绘图理解一下：

假设对fork()的机制比較熟悉的话，上图应该不难理解，数一下超人标志的个数就知道应该是6个

可是，实际上这个程序会非常tricky地输出8个“-”。

下图把”-“改成”s”了

以下開始有借鉴大牛的博客

要讲清这个题。我们首先须要知道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。假设返回是0，则是子进程。假设返回值>0，则是父进程（返回值是子进程的pid）。这是众为周知的。

这个能够有方法巧记一下，就是子进程从fork開始处開始运行。可是此时没有子进程。所以返回值是0；
另一个非常重要的东西是，在fork()的调用处。整个父进程空间会原模原样地拷贝到子进程中，包含指令，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“-”，这是由于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（參看《C语言的迷题》中的第一题），在fork的时候，缓存被拷贝到了子进程空间。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”和“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，我们假设改动一下上面的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）。由于程序遇到“\n”，或是EOF，或是缓中区满。或是文件描写叙述符关闭，或是主动flush。或是程序退出，就会把数据刷出缓冲区。

须要注意的是。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，你能够使用setvbuf来设置缓冲区大小。或是用fflush刷缓存。

我预计有些朋友可能对于fork()还不是非常了解，那么我们把上面的程序改成以下这样：

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

于是。上面这段程序会输出以下的结果，（注：编译出的可运行的程序名为fork）

ppid=8858, pid=8518, i=0
ppid=8858, pid=8518, i=1
ppid=8518, pid=8519, i=0
ppid=8518, pid=8519, i=1
ppid=8518, pid=8520, i=1
ppid=8519, pid=8521, i=1
$ pstree -p | grep fork
|-bash(8858)-+-fork(8518)-+-fork(8519)---fork(8521)
|            |            `-fork(8520)

面对这种图你可能还是看不懂，没事。我好事做究竟，画个图给你看看：

注意：上图中的我用了几个色彩，同样颜色的是同一个进程。

于是，我们的pstree的图示就能够成为以下这个样子：（下图中的颜色与上图相应）

这样，对于printf(“-“);这个语句，我们就能够非常清楚的知道，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。（例如以下图所看到的，就是我阴影并双边框了那两个子进程）

—END—