fork()笔试题

笔试选择题冒出来一个五连fork()是真的头大，比如说

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main(){
        fork();
        fork() || fork() && fork();
        fork();
        printf("1\n");
        return 0;
}

这段代码会生成几个1？

实际上就是问会产生多少个进程，不过printf的位置往前面几行放答案会不一样，和fork()的代码执行原理有关。

fork()的作用

复制一个子进程使得和父进程能做几乎一样的事。fork()执行后会返回2个值，如果是父进程执行时返回子进程pid，子进程自己执行时返回0，创建失败返回-1。
（实际上子进程只执行了父进程的一部分事，至少不会把fork出自己的那句fork()再生成一个子进程，否则整个程序一行fork()就足以死循环）

fork()执行原理剖析

还是刚刚那份代码，我们往fork()前前后后都加点调试用输出，比如

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main(){
        printf("checkpoint 1 by pid=%d, parent=%d\n",getpid(),getppid());
        fork();
        printf("checkpoint 2 by pid=%d, parent=%d\n",getpid(),getppid());
        fork() || fork() && fork();
        printf("checkpiont 3 by pid=%d, parent=%d\n",getpid(),getppid());
        fork();
        printf("fork complete by pid=%d, parent=%d\n",getpid(),getppid());
        sleep(1000);//这个sleep比较精髓，后面会讲为什么不可或缺
        return 0;
}

编译输出，可能的输出结果如下：

checkpoint 1 by pid=9453, parent=9063
checkpoint 2 by pid=9453, parent=9063
checkpiont 3 by pid=9453, parent=9063
fork complete by pid=9453, parent=9063
fork complete by pid=9456, parent=9453
checkpiont 3 by pid=9455, parent=9453
checkpoint 2 by pid=9454, parent=9453
checkpiont 3 by pid=9454, parent=9453
fork complete by pid=9454, parent=9453
fork complete by pid=9455, parent=9453
fork complete by pid=9461, parent=9454
fork complete by pid=9460, parent=9455
checkpiont 3 by pid=9458, parent=9455
fork complete by pid=9458, parent=9455
checkpiont 3 by pid=9459, parent=9454
checkpiont 3 by pid=9463, parent=9459
fork complete by pid=9464, parent=9458
fork complete by pid=9463, parent=9459
checkpiont 3 by pid=9462, parent=9459
fork complete by pid=9462, parent=9459
fork complete by pid=9465, parent=9463
fork complete by pid=9466, parent=9462
fork complete by pid=9459, parent=9454
fork complete by pid=9467, parent=9459
checkpiont 3 by pid=9457, parent=9455
fork complete by pid=9457, parent=9455
fork complete by pid=9468, parent=9457

列个表格统计每条printf的出现次数：

可以看到，这份代码一共创建了16个进程，pid分别是9453-9468（9063是系统进程），那么开头问题的答案就是16。
如果那行printf放到了第1、第2或第3行，答案分别是1、2、8。
那么为啥创建了16个进程？现在我们有每个进程的父进程ID，可以画棵树表达进程创建关系如下：

这里就是sleep的精髓所在，如果没有sleep，那么父进程在执行完毕后退出，子进程还未结束时，就会成为僵尸进程，由系统进程（9063）接手。那此时的输出，parent这列有可能全是9063，根本分不清进程的创建关系（这是真的）。ps：如果使用root执行该代码，系统进程值固定为1
上面是后话，回到正题
这棵树中9453进程是根节点（9063用来管理9453的不是这个程序创建的），产生了3个进程
9454产生了2个进程，其他以此类推（自己读图）
然后再剖析表格：
执行了全部4行printf的只有根进程9453，表明fork之前的代码只有根进程可以执行，并且根进程执行了全部3行fork()，这3行fork一共创建了3个进程。
我们回想一下子进程执行生成自己的fork()返回值是0的，因此第2行的fork()会存在短路现象，但这里得仔细剖析是哪些fork()被短路而哪些没有。
首先第1和第3行fork()只有单次调用，没有任何逻辑符号干扰，是绝对不会被短路的，一定会被执行，第1行fork()创建了9454，第3行fork()创建了9456。
那么第2行fork()只被执行了1次。
第2行第一个逻辑符号是或，或的短路规则是只要前者为真（非0），后者不执行。那么就说第2行的第1个fork()执行，创建了进程9455。后面两个fork不执行，不创建进程。

然后往下，执行了3行printf的有根进程9453和第一个子进程9454。按fork()基本原理，第一行fork()会返回0（该行是不会产生新进程的，否则会出现无限循环），由3行输出可以肯定执行了第2行和第3行fork，然后从树上可以看出，这个fork产生了2个进程9459和9461，9461是第3行fork产生的，而9459在第2行产生。可以看出9454执行了完整的第2行fork，因此9459也是第2行的第1个fork产生的，后面两个fork被短路。

而9455进程由9453的第二行第一个fork()产生，在9455执行第2行第1个fork的时候不会产生新进程并返回0。此时或逻辑的第一个值为0，没有短路，第2个fork得以执行，并产生进程9457。然后9457会会作为9455进程那个fork的返回值，后面与逻辑的第一个值不为0，第3个fork没被短路，因此执行，产生进程9458。然后第3行fork产生进程9460。进程9455不执行前面3行代码，输出第3行和最后一行printf，与表格仍然一致。
最后一个进程9456，由于是9453的最后一行fork()产生的，因此在进程9456中不执行前5行的所有代码，最后一个fork()返回0，执行complete输出，因此不产生任何子进程并只输出一行printf。

9457以后的进程，按上述推算方法，会发现产生进程的数量和printf执行数量都是符合预期的。
即fork()后的动作是：父进程fork()出那个子进程后一切照常往下跑代码（那个fork()函数返回值是子进程pid）；而fork()出来的子进程将从把它生出来的那个fork()开始跑代码（但那个fork()不会再生成子进程，在子进程中返回0），那个fork()以前的代码全部不跑。
一个有趣的规律是这份代码中，所有的进程都打印了complete；所有的叶子进程打且只打了complete；所有的非叶子进程都打印了checkpoint 3。但也是由于第3行fork只有一个fork()，如果也像第二行fork那样加上乱七八糟的逻辑符号就不会有这个规律。

fork延伸

下面这份代码会打印几个1？

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>

int main(){
		int i=0;
        for(i=0;i<5;i++)fork();
        printf("1\n");
        return 0;
}

如果把for循环拆成5行fork();，很容易得出答案32。
实际上这份代码就是等价于5行fork()，没有区别。