为什么 if (fork() == 0) { getpid() } 和 popen() 进程返回相同的进程 ID？

Question

据我所知，当 fork() 中的 getpid() 与 popen() 生成的进程不同时，我想知道为什么这两个进程 id 匹配。

我被告知我的代码只能工作，因为我解释可能是基于 Ubuntu 的发行版的错误，例如 Xubuntu、Lubuntu 和 KDE neon（这是我迄今为止测试过的发行版）。您可以从此处轻松编译和测试代码：https://github.com/time-killer-games/XTransientFor 如果您不信任，请忽略该链接中可用的 x64 二进制文件。如果这对他们不起作用，特别欢迎 Arch、RedHat 等测试人员提供反馈。

这里有一个更简单的方法来演示这个问题：

// USAGE: xprocesstest [command]

#include <X11/Xlib.h>
#include <X11/Xatom.h>
#include <X11/Xutil.h>

#include <unistd.h>

#include <thread>
#include <chrono>

#include <iostream>
#include <string>

using std::string;

static inline Window XGetActiveWindow(Display *display) {
  unsigned long window;
  unsigned char *prop;

  Atom actual_type, filter_atom;
  int actual_format, status;
  unsigned long nitems, bytes_after;

  int screen = XDefaultScreen(display);
  window = RootWindow(display, screen);

  filter_atom = XInternAtom(display, "_NET_ACTIVE_WINDOW", True);
  status = XGetWindowProperty(display, window, filter_atom, 0, 1000, False, AnyPropertyType, &actual_type, &actual_format, &nitems, &bytes_after, &prop);

  unsigned long long_property = prop[0] + (prop[1] << 8) + (prop[2] << 16) + (prop[3] << 24);
  XFree(prop);

  return (Window)long_property;
}

static inline pid_t XGetActiveProcessId(Display *display) {
  unsigned long window = XGetActiveWindow(display);
  unsigned char *prop;

  Atom actual_type, filter_atom;
  int actual_format, status;
  unsigned long nitems, bytes_after;

  filter_atom = XInternAtom(display, "_NET_WM_PID", True);
  status = XGetWindowProperty(display, window, filter_atom, 0, 1000, False, AnyPropertyType, &actual_type, &actual_format, &nitems, &bytes_after, &prop);

  unsigned long long_property = prop[0] + (prop[1] << 8) + (prop[2] << 16) + (prop[3] << 24);
  XFree(prop);

  return (pid_t)(long_property - 1);
}

int main(int argc, const char **argv) {
  if (argc == 2) {
    char *buffer = NULL;
    size_t buffer_size = 0;
    string str_buffer;

    FILE *file = popen(argv[1], "r");

    if (fork() == 0) {
      Display *display = XOpenDisplay(NULL);
      Window window;

      unsigned i = 0;
      while (i < 10) {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
        if (XGetActiveProcessId(display) == getpid()) {
          window = XGetActiveWindow(display);
          break;
        }
        i++;
      }

      if (window == XGetActiveWindow(display)) 
      std::cout << "process id's match!" << std::endl;
      else std::cout << "process id's don't match!" << std::endl;

      XCloseDisplay(display);
      exit(0);
    }

    while (getline(&buffer, &buffer_size, file) != -1)
      str_buffer += buffer;

    std::cout << str_buffer;
    free(buffer);
    pclose(file);
  }
}

编译：

cd "${0%/*}"
g++ -c -std=c++17 "xprocesstest.cpp" -fPIC -m64
g++ "xprocesstest.o" -o "xprocesstest" -fPIC -lX11

运行：

cd "${0%/*}"
./xprocesstest "kdialog --getopenfilename"

您可以将引号中的命令替换为设置 _NET_WM_PID 原子的任何可执行文件。

Answer 1

@thatotherguy 在他的评论中解释了答案：

“您是否知道由于您的 - 1 您实际上正在检查两个进程是否具有顺序 pid？这在 Linux 上并不令人惊讶。发行版之间的差异将取决于 sh 是否优化了它使用的额外分叉运行命令”

static inline pid_t XGetActiveProcessId(Display *display) {
  unsigned long window = XGetActiveWindow(display);
  unsigned char *prop;

  Atom actual_type, filter_atom;
  int actual_format, status;
  unsigned long nitems, bytes_after;

  filter_atom = XInternAtom(display, "_NET_WM_PID", True);
  status = XGetWindowProperty(display, window, filter_atom, 0, 1000, False, AnyPropertyType, &actual_type, &actual_format, &nitems, &bytes_after, &prop);

  unsigned long long_property = prop[0] + (prop[1] << 8) + (prop[2] << 16) + (prop[3] << 24);
  XFree(prop);

  return (pid_t)(long_property - 1);
}

我最初添加的进程 id return 中的 - 1 是因为我当时认为它返回了错误的进程 id，因为我在写的时候认为 fork() 应该与 popen 具有相同的进程 id ，后来我发现事实并非如此。我减去了一个，从而使两个不同的否则正确的进程 id 不正确地相等。

这是在我的原始代码中做我打算做的事情的正确方法，这导致我提出这个问题；我想知道如何检测 fork 和 popen 子进程是否来自一个共同的父进程（同时从 GetActiveProcessId() 函数的返回中删除一个减法）：

#include <proc/readproc.h>
#include <cstring>

static inline pid_t GetParentPidFromPid(pid_t pid) {
  proc_t proc_info; pid_t ppid;
  memset(&proc_info, 0, sizeof(proc_info));
  PROCTAB *pt_ptr = openproc(PROC_FILLSTATUS | PROC_PID, &pid);
  if(readproc(pt_ptr, &proc_info) != 0) { 
    ppid = proc_info.ppid;
    string cmd = proc_info.cmd;
    if (cmd == "sh")
      ppid = GetParentPidFromPid(ppid);
  } else ppid = 0;
  closeproc(pt_ptr);
  return ppid;
}

使用上面的辅助函数，同时替换原始代码中的while循环，用这个，让我可以做我想做的事情：

  while (i < 10) {
    std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(200));
    if (GetParentPidFromPid(XGetActiveProcessId(display)) == GetParentPidFromPid(getpid()) ||
      GetParentPidFromPid(GetParentPidFromPid(XGetActiveProcessId(display))) == GetParentPidFromPid(getppid())) {
      window = XGetActiveWindow(display);
      break;
    }
    i++;
  }

正如@thatotherguy 还指出的那样，一些发行版将返回不同的父进程，因为 sh cmd 将直接使用 run。为了解决这个问题，我在 if 语句中执行或检查，以查看父进程或“祖父”进程 id 是否返回相等，同时尝试跳过任何具有 sh cmd 值的父进程。

如果您在基于 Debian 的系统上，辅助函数需要安装 -lprocps 链接器标志和 libprocps-dev 软件包。包名在其他发行版上会有所不同。