一個fork的面試題

原創

2020-02-22 06:27

文/陳皓

　　前兩天有人問了個關於 Unix 的 fork ()系統調用的面試題，這個題正好是我大約十年前找工作時某公司問我的一個題，我覺得比較有趣，寫篇文章與大家分享一下。這個題是這樣的：

#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（參看《C語言的迷題》中的第一題），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

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）

　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：