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—
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