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:
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,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、顯示器都是塊設備,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。
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。
我們如果修改一下上面的printf的那條語句爲:
printf("-\n");
或是
printf("-");
flush();
就沒有問題了,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,就會把數據刷出緩衝區。
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:
注意:上圖中的我用了幾個色彩,相同顏色的是同一個進程。於是,我們的pstree的圖示就可以成爲下面這個樣子:(下圖中的顏色與上圖對應)
這樣,對於printf(“-”);這個語句,我們就可以很清楚的知道,哪個子進程複製了父進程標準輸出緩中區裏的的內容,而導致了多次輸出了。(如下圖所示,就是我陰影並雙邊框了那兩個子進程)
現在你明白了吧。(另,對於圖中的我本人拙劣的配色,請見諒!)