用于循环条件的 fork() 会生成竞争条件？答案

【问题标题】：fork() used as for cycle condition generates race condition?用于循环条件的 fork() 会生成竞争条件？
【发布时间】：2012-01-01 20:55:19
【问题描述】：

好的，这是我们今天操作系统考试的练习题

在 C 中给出这个程序

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int  main(){
    int i;
    for(i=2;i>=1&&!fork();i--)
            printf("%d\n",i);

exit(EXIT_SUCCESS);
}

执行它会给出这个输出：

2
1

我发现不明确的是程序如何管理索引“i” 以及流程执行的正确顺序是什么（如果有订单或者是调度程序建立的随机订单？）

以及为什么只打印 2 和 1 - 我的假设是：

(father executes the "for" only for i=2, prints 2 then exits ?)
(the first child starts from i=1 forks a child prints 1 exits ?)

此时我的问题是：

是否有第二个孩子没有进入 for ？并且是 2 由父亲打印，1 由第一个孩子打印？

最后一件事：

您将如何重写此 fork-condition-for 以使其更具可读性（例如 if 语句）

【问题讨论】：

标签： c linux operating-system fork

【解决方案1】：

for() 循环在每次循环迭代之前检查条件，包括第一次迭代。这意味着原始父进程以i = 2 开始并评估i >= 1 && !fork()。 fork() 向父级返回非零 PID，向子级返回零，因此 !fork() 在父级中为 false 并且不执行循环：父级退出。

在第一个孩子中，!fork() 为真，因此循环执行。它打印2，然后递减i。它现在执行 i >= 1 && !fork() - 再次，!fork() 在第一个孩子中为 false，因此它退出 for 循环和程序。

在第二个孩子（第一个孩子的孩子）中，!fork() 返回 true，因此循环执行。它打印1，然后递减i。它现在评估i >= 1 && !fork()。因为i >= 1 评估为假，所以永远不会调用fork()；它退出循环和程序。此时所有进程都已退出。

您可以将for() 循环重写为while() 循环，并使&& 的短路评估显式：

int  main()
{
    int i;

    i = 2;
    while (i >= 1) {
        if (fork() != 0)
            break;

        printf("%d\n", i);
        i--;
    }

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

【讨论】：

【解决方案2】：

当您fork 时，就像所有程序都被复制粘贴一样，并且从该点开始两个相同的进程（尽管父亲将孩子的 PId 作为返回值 fork 并且孩子得到零）

所以i 发生的情况是，它在子代中的值与在分叉时在父代中的值完全相同。

所以，当i 为 2 时：

for parent: i>=1 && !fork()  <-- fails
for child1: i>=1 && !fork()  <-- succeeds

所以，2 是由原始程序的子程序打印出来的。

现在父进程已经退出，child1 正在运行。它执行i--，现在i 是1：

for child1:   i>=1 && !fork()  <-- fails
for child1.1: i>=1 && !fork()  <-- succeeds

同样，child1 退出，它的孩子 child1.1 进入 for 并打印 1。然后它执行 i-- 和 i 变为 0 失败 i>=1 并且因为 short-circuit evaluation，fork不执行。这个child1.1也退出了。

为了回答你的最后一个问题，fork 通常是这样写的：

pid_t pid = fork();
if (pid)
{
    // in parent
}
else
{
    // in child
}

现在你只需要一个 for 循环：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int  main(){
    int i;
    for(i=2;i>=1;i--)
        if (fork())
            break;              /* parent wants to break */
        else
            printf("%d\n",i);   /* child prints something */

    exit(EXIT_SUCCESS);
}

【讨论】：