一个fork的思考

前两天有人问了个关于Unix的fork()系统调用的面试题，这个题正好是我大约十年前找工作时某公司问我的一个题，我觉得比较有趣，写篇文章与大家分享一下。这个题是这样的：

题目：请问下面的程序一共输出多少个“-”？

01	#include <stdio.h>

02	#include <sys/types.h>

03	#include <unistd.h>

04

05	int main(void)

06

{

07

int i;

08	for(i=0; i<2; i++){

09

fork();

10	printf("-");

11

}

12

13

return 0;

14

}

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，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、显示器都是块设备，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。

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语言的迷题》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。

我们如果修改一下上面的printf的那条语句为：

1	printf("-\n");

或是

1	printf("-");

2

flush();

就没有问题了，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，就会把数据刷出缓冲区。

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：

01	#include <stdio.h>

02	#include <sys/types.h>

03	#include <unistd.h>

04	int main(void)

05

{

06

int i;

07	for(i=0; i<2; i++){

08

fork();

09	//注意：下面的printf有“\n”

10	printf("ppid=%d, pid=%d, i=%d \n", getppid(), getpid(), i);

11

}

12	sleep(10); //让进程停留十秒，这样我们可以用pstree查看一下进程树

13

return 0;

14

}

于是，上面这段程序会输出下面的结果，（注：编译出的可执行的程序名为fork）

01	ppid=8858, pid=8518, i=0

02	ppid=8858, pid=8518, i=1

03	ppid=8518, pid=8519, i=0

04	ppid=8518, pid=8519, i=1

05	ppid=8518, pid=8520, i=1

06	ppid=8519, pid=8521, i=1

07

08	$ pstree -p | grep fork

09	|-bash(8858)-+-fork(8518)-+-fork(8519)---fork(8521)

10	|            |            `-fork(8520)

面对这样的图你可能还是看不懂，没事，我好事做到底，画个图给你看看：

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，就是我阴影并双边框了那两个子进程）

现在你明白了吧。（另，对于图中的我本人拙劣的配色，请见谅!）

（全文完）

文章来源：酷壳 – CoolShell.cn