fork與行緩衝

原創

2020-02-21 09:50

題目：請問下面的程序一共輸出多少個“-”？

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
int main(void) 
{ 
   int i; 
   for(i=0; i<2; i++){ 
      fork(); 
      printf("-"); 
   } 
   return 0; 
}

如果你對fork()的機制比較熟悉的話，這個題並不難，輸出應該是6個“-”，但是，實際上這個程序會很tricky地輸出8個“-”。

要講清這個題，我們首先需要知道fork()系統調用的特性，

fork()系統調用是Unix下以自身進程創建子進程的系統調用，一次調用，兩次返回，如果返回是0，則是子進程，如果返回值>0，則是父進程（返回值是子進程的pid），這是衆爲周知的。

還有一個很重要的東西是，在fork()的調用處，整個父進程空間會原模原樣地複製到子進程中，包括指令，變量值，程序調用棧，環境變量，緩衝區，等等。

所以，上面的那個程序爲什麼會輸入8個“-”，這是因爲printf(“-”);語句有buffer，所以，對於上述程序，printf(“-”);把“-”放到了緩存中，並沒有真正的輸出,在fork的時候，緩存被複制到了子進程空間，所以，就多了兩個，就成了8個，而不是6個。

另外，多說一下，我們知道，Unix下的設備有“塊設備”和“字符設備”的概念，所謂塊設備，就是以一塊一塊的數據存取的設備，字符設備是一次存取一個字符的設備。磁盤、內存都是塊設備，字符設備如鍵盤和串口。塊設備一般都有緩存，而字符設備一般都沒有緩存。

對於上面的問題，我們如果修改一下上面的printf的那條語句爲：

printf("-\n");

或是

printf("-"); 
fflush(stdout);

就沒有問題了（就是6個“-”了），因爲程序遇到“\n”，或是EOF，或是緩中區滿，或是文件描述符關閉，或是主動flush，或是程序退出，就會把數據刷出緩衝區。需要注意的是，標準輸出是行緩衝，所以遇到“\n”的時候會刷出緩衝區，但對於磁盤這個塊設備來說，“\n”並不會引起緩衝區刷出的動作，那是全緩衝，你可以使用setvbuf來設置緩衝區大小，或是用fflush刷緩存。

我估計有些朋友可能對於fork()還不是很瞭解，那麼我們把上面的程序改成下面這樣：

#include <stdio.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <unistd.h> 
int main(void) 
{ 
   int i; 
   for(i=0; i<2; i++){ 
      fork(); 
      //注意：下面的printf有“\n” 
      printf("ppid=%d, pid=%d, i=%d \n", getppid(), getpid(), i); 
   } 
   sleep(10); //讓進程停留十秒，這樣我們可以用pstree查看一下進程樹 
   return 0; 

}

於是，上面這段程序會輸出下面的結果，（注：編譯出的可執行的程序名爲fork）

ppid=8858, pid=8518, i=0 

ppid=8858, pid=8518, i=1 

ppid=8518, pid=8519, i=0 

ppid=8518, pid=8519, i=1 

ppid=8518, pid=8520, i=1 

ppid=8519, pid=8521, i=1 

$ pstree -p | grep fork 

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

|            |            `-fork(8520)

面對這樣的圖你可能還是看不懂，沒事，我好事做到底，畫個圖給你看看：