有人可以解释 fork() 吗？答案

【问题标题】：Can someone explain fork()?有人可以解释 fork() 吗？
【发布时间】：2020-12-29 20:17:27
【问题描述】：

有人可以解释fork() 并举例说明它的用途吗？

我从一些在线资源的理解是：

fork() 创建一个与父进程运行相同的子进程。
2^n 进程将被创建，n = fork() 的数量。
子进程的 ID 将始终为 0，而父进程的 ID 将是其他值 - 正整数！= 0。

我还有一个问题，首先请看我下面的代码：

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
int main() {
    int id = fork();
    int i = 45;
    fork();
    fork();
    if(id == 0) {
        printf("\nChild Process id = %d",id);
        printf("\ni = %d ; i = %d",i++,i);  
    }
    else {
        printf("\nParent Process id = %d",id);
        printf("\ni = %d ; i = %d",i,i+2);
    }
    return 0;
}   
/*
O/P:
Parent Process id = 9048
i = 45 ; i = 47
Parent Process id = 9048                                                                                                                                                        
i = 45 ; i = 47
Parent Process id = 9048
i = 45 ; i = 47
Parent Process id = 9048
i = 45 ; i = 47
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
*/

为什么最后一个子进程不显示第二个 printf() 即，

printf("\ni = %d ; i = %d",i++,i);

你能解释一下为什么第二个 printf() 没有被执行，而第一个 printf() 第 8 次执行 - 子进程。

【问题讨论】：

您的打印问题几乎肯定是由缓冲问题引起的，例如printf anomaly after “fork()”。其他一切都只是在此之上增加复杂性。
你读过fork(2)几遍吗？使用errno(3) 和stdio(3) 和Advanced Linux Programming？你研究过GNU libc的源码吗？另见kernelnewbies.org
请注意，执行printf("\ni = %d ; i = %d",i++,i); 的程序的行为不是由C 标准定义的，C 标准对程序的行为方式没有任何要求。按照C标准的规定，这个程序根本不需要fork；一旦启动main 例程，它可能会以其他方式陷入困境或失败。
@BasileStarynkevitch 我们不妨关闭 stackoverflow 并有一个单独的 html 页面列出要研究的资源。
@TonyTannous stackoverflow 的所有者当然可以关闭它。

标签： c linux fork

【解决方案1】：

您期望的所有输出都在那里，只是您在后台将其写出来而没有终止换行符。这意味着某些输出可能会被过早出现在程序输出中间的 shell 提示所掩盖或覆盖。

要确切了解这是如何实现的，下面是您程序中某些进程的strace 输出：

3215092 write(1, "\n", 1)               = 1
3215092 write(1, "Child Process id = 0\n", 21) = 21
3215092 write(1, "i = 45 ; i = 46", 15) = 15
3215094 write(1, "\n", 1)               = 1
3215094 write(1, "Child Process id = 0\n", 21) = 21
3215094 write(1, "i = 45 ; i = 46", 15) = 15

这就是 Zsh 如何绘制它的提示符。首先是缺少换行指示符，然后是提示符本身。特别注意提示以\r 开头，一个回车符：

3215036 write(10, "\33[1m\33[3m%\33[23m\33[1m\33[0m          "..., 306) = 306
3215036 write(10, "\r\33[0m\33[23m\33[24m\33[Jmyhostname.i"..., 34) = 34

由于您在后台派生了写入终端的进程，因此所有派生的进程都在与 Zsh 竞争以写入它们的输出。

这是一种可能的有效排序，这可能会导致：

1. 3215036 write(10, "\33[1m\33[3m%\33[23m\33[1m\33[0m          "..., 306) = 306
2. 3215092 write(1, "\n", 1)               = 1
3. 3215092 write(1, "Child Process id = 0\n", 21) = 21
4. 3215092 write(1, "i = 45 ; i = 46", 15) = 15
5. 3215094 write(1, "\n", 1)               = 1
6. 3215094 write(1, "Child Process id = 0\n", 21) = 21
7. 3215094 write(1, "i = 45 ; i = 46", 15) = 15
8. 3215036 write(10, "\r\33[0m\33[23m\33[24m\33[Jmyhostname.i"..., 34) = 34

步骤 1-7 进行得相当顺利，产生了这样的屏幕（标有 | 的光标）：

[...]
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46|

由于您没有终止换行符，因此光标结束在最后一个字符串之后而不是在最后一个字符串之下。

现在，正如您在 write 8 中看到的那样，Zsh 以一个前导回车开始其默认提示。这意味着将转到行首：

[...]
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
|i = 45 ; i = 46

然后继续使用提示覆盖该行：

[...]
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
myhostname.internal%

实际上，即使最后一行输出被写入屏幕，Zsh 提示符通过使用回车符覆盖它有效地删除了它。

您可以使用重定向输出到文件，以更清楚地查看您的程序产生的输出：

./foo > myfile

在编辑器中打开文件会显示您的预期结果：

Parent Process id = 3135806
i = 45 ; i = 47
Parent Process id = 3135806
i = 45 ; i = 47
Parent Process id = 3135806
i = 45 ; i = 47
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Parent Process id = 3135806
i = 45 ; i = 47
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46
Child Process id = 0
i = 45 ; i = 46

您可以类似地添加自己的终止换行和延迟以在终端中显示输出：

./foo; sleep 5; echo

这给出了与上面相同的结果。

正确的程序会在 after 而不是 before 行输出换行符，并且会为每个子进程输出wait()。（请注意，如果您只修复其中一个，而保留另一个，它将不起作用）

【讨论】：

关于“您期望的所有输出都在那里”：显示的输出中没有八个“i = ...”行。一个好的答案应该要么解释为什么没有 8 个，要么诊断出 OP 未能显示所有输出（并解释这是如何发生的）。
@EricPostpischil 我不确定我是否理解。你是说“你的终端上的输出可能在外观上很混乱”太神秘了，它应该包括提示如何覆盖 tty 上部分背景输出的确切机制？
“化妆品混乱”不会让读者理解所发生的事情。说“输出已发送到终端，但命令行提示符会覆盖它”可以。但是，我觉得这很可疑，因为用户的程序不打印回车，并且 shell 提示并不常见（它们通常从一行的当前位置继续打印，因此提示会出现在程序输出之后和不会覆盖它）。要回答这个问题，应该解释和确认不是所有八行都出现的原因。
@thatotherguy：我试过 ./tfork; sleep 5; echo; 。确实，现在它才打印子进程的 最后一秒 printf() 语句。 但是，在将输出写入新文本文件（即/tfork > myfile ）时，它再次返回与post-last second printf() 语句给出的输出不会被打印/执行。
@thatotherguy：对不起，两个 shell 提示：./tfork; sleep 5; echo 和 ./tfork > myfile 按预期打印输出 - 最后一秒 printf() 被打印。但是，为什么只是 ./tfork 没有最后第二个 printf() 语句？以及为什么您的 shell 提示是否按预期正确？

【解决方案2】：

fork 的正确用法意味着立即测试当前进程是子进程（fork 返回 0）还是父进程（fork 返回子进程的 pid），并采取相应措施。在您的情况下，父母和孩子都启动了一对或虚假的进程，这些进程将无法知道它们是什么，因为返回的值被忽略了。他们中的一些人会认为他们是父进程。

如果必须做一些严肃的事情，通常子进程会执行一个新的可执行文件。

【讨论】：

这并没有解决“你能解释一下为什么第二个 printf() 没有被执行，而第一个 printf() 第 8 次执行”的问题。
@EricPostpischil 它没有。但是，如果您可以解释没有发生的事情，请随时添加您自己的答案。第二个 printf 显然确实被执行了——那怎么解释它没有呢？

【解决方案3】：

fork() 创建与父进程相同运行的子进程。

没错。 fork() 创建一个子进程，它是它的父进程的副本。

将创建 2^n 个进程，n = fork() 的数量。

取决于代码！

int i = 0;
while (i < n)
{
    fork();
    i++;
}

这里假设没有fork()失败，那么是的，会有2^n个进程。

子进程的 ID 将始终为 0，而父进程的 ID 将是其他值 - 正整数！= 0。

子进程中的fork()返回值为0！不是id，而是返回值！父进程中fork()的返回值是子进程的实际pid。

现在到你的代码

1. int main() {
2.    int id = fork(); 
3.    int i = 45;
4.    fork();
5.    fork();
6.    if(id == 0) {
7.        printf("\nChild Process id = %d",id);
8.        printf("\ni = %d ; i = %d",i++,i);  
9.    }
10.   else {
11.       printf("\nParent Process id = %d",id);
12.       printf("\ni = %d ; i = %d",i,i+2);
13.   }
14.   return 0;
15. }

在第 4 行，有 2 个进程

parent         |     child_1
    id > 0     |     id == 0
    i == 45    |     i == 45

现在调用了一个分叉

    parent     |     child_1    |    child_OF_1   |   child_2
    id > 0     |     id == 0    |    id == 0      |   id > 0
    i == 45    |     i == 45    |    i == 45      |   i == 45

child_1 和 child_OF_1 将有 id == 0 并输入 if 语句，而 child_2 和 parent 将转到 else 语句并打印 47

我忽略了第三个 fork()，那时你有 8 个进程，其中 4 个将进入 if 语句，而其他将进入 else 块。这就是为什么你看

i = 45 ; i = 47

4 次！

【讨论】：

这并没有解决“你能解释一下为什么第二个 printf() 没有被执行，而第一个 printf() 第 8 次执行”的问题。
@EricPostpischil 我正在做这部分工作。该问题包含多个问题，如果您认为我的问题不够好，请随时添加您自己的答案。
我根据答案中的文本投票，而不是在未来的答案草稿中的假设文本。假设，如果这个答案被更新为好的，它将有一个假设的未来投票。
@EricPostpischil 我从来没有要求过投票。
@TonyTannous 感谢您对 fork() 的解释，现在我理解得更好了。你能说一下 fork() 的一些用途吗？我要问一个相当愚蠢的问题：我们可以使用 fork() 代替循环来多次打印相同的语句吗？例如，fork(); fork(); fork(); printf("\nText printed"); 而不是 for(i=0;i<7;i++) printf("\Text printed");