为什么在使用 fork 系统调用时会打印很多 PID？答案

【问题标题】：Why there are many PIDs printed while using fork system call?为什么在使用 fork 系统调用时会打印很多 PID？
【发布时间】：2013-10-19 20:22:51
【问题描述】：

我正在学习 Linux 中的进程管理，并尝试实现以下 C 程序，其输出打印了 15 个 PID（4 个唯一 PID）。我试图弄清楚进程家族树，但它真的没有帮助我理解为什么 PID 被打印了这么多次。我浏览了几个链接，包括http://u.cs.biu.ac.il/~linraz/os/OS2.pdf、http://www.ibm.com/developerworks/aix/library/au-unixprocess.html、Who executes first after fork(): parent or the child?。但是，我找不到解决方案。如果有人帮助我理解这个问题，那将是非常有帮助的。

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>

    int main()
    {
           printf ( "Parent:%d Child: %d\n",getppid(),getpid()); // To print the PIDs of the parent process and the child process
           fork();               //System call to spawn a child process
           printf ( "Parent:%d Child: %d\n",getppid(),getpid()); 
           fork();
           printf ( "Parent:%d Child: %d\n",getppid(),getpid());
           fork();
           printf ( "Parent:%d Child: %d\n",getppid(),getpid());
           return 0;
    }

【问题讨论】：

只是要明确一点，（1）父母或孩子是否先运行（甚至同时）是完全不确定的。这仅取决于操作系统当时如何安排它们。 (2) 你写的程序可能会给出一些误导性的结果。取决于他们是如何死的，因为你不看孩子，许多 printfs 将显示init（进程 pid 1）作为他们的父母，因为他们已经是僵尸。

标签： c operating-system fork

【解决方案1】：

每次调用 fork 时，您都在复制当前进程。所以第一个 printf 执行一次——只有一个进程。然后您调用fork()，以便第二个 printf 执行两次——一次在父进程上，一次在新子进程上。然后父子每个fork共创建4个进程，等等……

【讨论】：

【解决方案2】：

当您fork 时，会创建一个新进程，但父进程也会继续执行。所以你的main 将执行所有 4 次打印，你的第一个 fork 将执行随后的 3 次打印，依此类推。要控制每个子级和父级将执行的代码，您必须使用 fork 返回值，而不仅仅是 fork。

【讨论】：

【解决方案3】：

当您的程序启动时，内核会为其分配一个 PID。 PPID 是启动程序的进程的 PID，通常是你的 shell。出于此答案的目的，我们将为您的 shell 分配 123 的 PID，并且您的程序在开始时将分配为 130 的 pid。

输出的第一行将简单地显示 PPID 和 PID。

Parent:123 Child: 130

程序接下来要做的就是将自己一分为二。原程序的PID和PPID不变，子程序的PPID就是原程序的PID，给子程序分配一个新的PID。由于两个程序仍然绑定到相同的输出通道，因此可以先显示任何一个的输出。为简单起见，我们假设输出是有序的。

Parent:123 Child: 130
Parent:130 Child: 131

现在你第二次分叉了……两个进程复制自己。您现在有四个进程想要将输出打印到同一通道。

Parent:123 Child: 130
Parent:130 Child: 131
Parent:130 Child: 132
Parent:131 Child: 133

现在，通过您的第三个分叉，所有这四个进程都会再次复制自己。

Parent:123 Child: 130
Parent:130 Child: 131
Parent:130 Child: 132
Parent:131 Child: 133
Parent:130 Child: 134
Parent:131 Child: 135
Parent:132 Child: 136
Parent:133 Child: 137

有什么问题吗？

【讨论】：

【解决方案4】：

fork() 通过复制调用进程来创建一个新进程。新进程，称为子进程，与调用进程完全相同，称为父级。

A fork() 
|----------------B
|                |   
|fork()          |
|----C           |
|    |           |

如果你调用 fork()，下一条指令将由子进程和父父进程执行

你的程序是这样的

       printf ("Hi"); //prints only one time   
       fork();
       printf ("Hi"); //prints two times
       fork();
       printf ("Hi"); //prints four times

考虑所有fork()成功创建的子进程。

       printf ("Hi"); 
       fork();------------------------------------------------|
          |                                                   | 
       printf ("Hi");                                       printf ("Hi"); 
       fork();----------------|                             fork();---------------|
       printf ("Hi");      printf ("Hi");                   printf ("Hi");        printf ("Hi");

【讨论】：

插图非常精美。