陳皓：一個(gè)fork的面試題
前兩天有人問了個(gè)關(guān)于Unix的fork()系統(tǒng)調(diào)用的面試題，這個(gè)題正好是我大約十年前找工作時(shí)某公司問我的一個(gè)題，我覺得比較有趣，寫篇文章與大家分享一下。這個(gè)題是這樣的：
題目：請問下面的程序一共輸出多少個(gè)“-”？
- #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(jī)制比較熟悉的話，這個(gè)題并不難，輸出應(yīng)該是6個(gè)“-”，但是，實(shí)際上這個(gè)程序會(huì)很tricky地輸出8個(gè)“-”。
要講清這個(gè)題，我們首先需要知道fork()系統(tǒng)調(diào)用的特性，
●fork()系統(tǒng)調(diào)用是Unix下以自身進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用，一次調(diào)用，兩次返回，如果返回是0，則是子進(jìn)程，如果返回值>0，則是父進(jìn)程（返回值是子進(jìn)程的pid），這是眾為周知的。
●還有一個(gè)很重要的東西是，在fork()的調(diào)用處，整個(gè)父進(jìn)程空間會(huì)原模原樣地復(fù)制到子進(jìn)程中，包括指令，變量值，程序調(diào)用棧，環(huán)境變量，緩沖區(qū)，等等。
所以，上面的那個(gè)程序?yàn)槭裁磿?huì)輸入8個(gè)“-”，這是因?yàn)閜rintf(“-”);語句有buffer，所以，對于上述程序，printf(“-”);把“-”放到了緩存中，并沒有真正的輸出（參看《C語言的迷題》中的第一題），在fork的時(shí)候，緩存被復(fù)制到了子進(jìn)程空間，所以，就多了兩個(gè)，就成了8個(gè)，而不是6個(gè)。
另外，多說一下，我們知道，Unix下的設(shè)備有“塊設(shè)備”和“字符設(shè)備”的概念，所謂塊設(shè)備，就是以一塊一塊的數(shù)據(jù)存取的設(shè)備，字符設(shè)備是一次存取一個(gè)字符的設(shè)備。磁盤、內(nèi)存都是塊設(shè)備，字符設(shè)備如鍵盤和串口。塊設(shè)備一般都有緩存，而字符設(shè)備一般都沒有緩存。
對于上面的問題，我們?nèi)绻薷囊幌律厦娴膒rintf的那條語句為：
- printf("-\n");
或是
- printf("-");
- fflush(stdout);
就沒有問題了（就是6個(gè)“-”了），因?yàn)槌绦蛴龅?ldquo;\n”，或是EOF，或是緩中區(qū)滿，或是文件描述符關(guān)閉，或是主動(dòng)flush，或是程序退出，就會(huì)把數(shù)據(jù)刷出緩沖區(qū)。需要注意的是，標(biāo)準(zhǔn)輸出是行緩沖，所以遇到“\n”的時(shí)候會(huì)刷出緩沖區(qū)，但對于磁盤這個(gè)塊設(shè)備來說，“\n”并不會(huì)引起緩沖區(qū)刷出的動(dòng)作，那是全緩沖，你可以使用setvbuf來設(shè)置緩沖區(qū)大小，或是用fflush刷緩存。
我估計(jì)有些朋友可能對于fork()還不是很了解，那么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(jìn)程停留十秒，這樣我們可以用pstree查看一下進(jìn)程樹
- return 0;
- }
于是，上面這段程序會(huì)輸出下面的結(jié)果，（注：編譯出的可執(zhí)行的程序名為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)
面對這樣的圖你可能還是看不懂，沒事，我好事做到底，畫個(gè)圖給你看看：
陳皓：一個(gè) fork 的面試題
注意：上圖中的我用了幾個(gè)色彩，相同顏色的是同一個(gè)進(jìn)程。于是，我們的pstree的圖示就可以成為下面這個(gè)樣子：（下圖中的顏色與上圖對應(yīng)）
這樣，對于printf(“-”);這個(gè)語句，我們就可以很清楚的知道，哪個(gè)子進(jìn)程復(fù)制了父進(jìn)程標(biāo)準(zhǔn)輸出緩中區(qū)里的的內(nèi)容，而導(dǎo)致了多次輸出了。（如下圖所示，就是我陰影并雙邊框了那兩個(gè)子進(jìn)程）
現(xiàn)在你明白了吧。（另，對于圖中的我本人拙劣的配色，請見諒!）
