在for循环中，fork()会发生什么可视化的变化。

Question

在for循环中，fork()会发生什么可视化的变化。

89

我一直在尝试理解fork()的行为。这次是在一个for循环中。请注意以下代码：

#include <stdio.h>

void main()
{
   int i;

   for (i=0;i<3;i++)
   {
      fork();

      // This printf statement is for debugging purposes
      // getppid(): gets the parent process-id
      // getpid(): get child process-id

      printf("[%d] [%d] i=%d\n", getppid(), getpid(), i);
   }

   printf("[%d] [%d] hi\n", getppid(), getpid());
}

这里是输出：

[6909][6936] i=0
[6909][6936] i=1
[6936][6938] i=1
[6909][6936] i=2
[6909][6936] hi
[6936][6938] i=2
[6936][6938] hi
[6938][6940] i=2
[6938][6940] hi
[1][6937] i=0
[1][6939] i=2
[1][6939] hi
[1][6937] i=1
[6937][6941] i=1
[1][6937] i=2
[1][6937] hi
[6937][6941] i=2
[6937][6941] hi
[6937][6942] i=2
[6937][6942] hi
[1][6943] i=2
[1][6943] hi

我是一个视觉型的人，所以我真正理解事物的唯一途径就是通过绘制图表。我的讲师说会有8个hi语句。我编写并运行了代码，确实有8个hi语句。但我真的不理解它。所以我画了下面这张图表：

enter image description here

图表已更新以反映评论 :)

观察结果：

父进程（主进程）必须迭代循环3次。然后调用printf
在每个父for循环的迭代中，都会调用fork()
在每次fork()调用之后，i被递增，因此每个子进程在递增之前从i开始执行for循环
在每个for循环结束时，都会打印“hi”

以下是我的问题：

我的图表正确吗？
为什么输出中有两个i=0的实例？
fork()后，每个子进程会携带哪个i的值？如果携带相同的i值，那么“分叉”何时停止？
2^n - 1是否总是用来计算被分叉的子进程数量的方法？所以，这里n=3，意味着2^3 - 1 = 8 - 1 = 7个子进程，这是正确的吗？

- lucidgold

为什么不运行它并在 fork() 后打印出 i、PID 和父进程的 PID。这样跟踪发生的事情应该很容易。 - Basic

3

@基本操作，那是我所做的第一件事。我甚至使用了getpid()和getppid()，这就是为什么我相信我的图表是正确的原因。但我真的希望有人能验证一下。 - lucidgold

这是一个非常好的图表。你是用dot/graphviz制作的吗？ - Steven Lu

2

我曾经使用过Microsoft Visio。但现在我使用的是LibreOffice Draw，它非常类似于Open Office Draw，并且两者都是开源项目，所以是免费的！ - lucidgold

1

你是如何默认禁用缓冲的？在gfg ide上，没有使用fflush时输出结果不同 - http://ide.geeksforgeeks.org/0TWiEZ，而使用fflush时输出结果不同 - http://ide.geeksforgeeks.org/0JKaH5。 - Udayraj Deshmukh

3个回答

12

是的，这是正确的（见下文）
不，i++在调用fork之后执行，因为这是for循环的工作方式。
如果一切顺利，是的。但请记住，fork可能会失败。

关于第二个问题的解释：

for (i = 0;i < 3; i++)
{
   fork();
}

与之相似：

i = 0;
while (i < 3)
{
    fork();
    i++;
}

因此，在分叉的进程（父进程和子进程）中，i的值是增量之前的值。但是，在fork()之后立即执行增量，所以在我看来，该图可以被视为正确。

- Yu Hao

那么，由于在调用fork()之后i被递增，那么子进程中的i将是父进程中i的最后一个值？所以我的图表是不正确的？ - lucidgold

@2501：我知道，但在视觉上对我来说没有意义。所以如果i=0被传递给每个子进程，那么“分叉”什么时候停止呢？ - lucidgold

1

@lucidgold 我认为你的图表是正确的，因为分叉停止是因为i紧接着调用被增加了。Yu Hao解释得很好。 - 2501

1

@lucidgold：因为你在fork()之后才使用了printf()。在父进程和第一个子进程中，i都将是0，它们都会执行该printf()调用。你在图表中缺少的是，第一个红色子进程应该有一个i == 0，但是该框不会进行fork()。第二个红色子进程也是一样，它应该有一个i == 1的框来进行printf()，但是该框也不会进行fork()。 - Crowman

1

@lucidgold：因为在创建第一个子进程时，第一个fork()已经发生了。第一个子进程将在下一次循环迭代中第一次fork()，当i == 1时。但是它会在执行此操作之前完成循环的第一次迭代（因为它是在该迭代的中间创建的），因此它将printf() i=0。 - Crowman

显示剩余4条评论

5

逐个回答你的问题：

我的图表正确吗？

是的，基本上是正确的。这也是一张非常好的图表。

也就是说，如果你将i=0等标签解释为完整的循环迭代，则它是正确的。然而，该图表没有显示，在每个fork()之后，当前循环迭代中fork()调用后的部分也会被复制的子进程执行。

为什么输出中有两个i=0实例？

因为你在fork()后有printf()，所以它会被父进程和刚刚复制的子进程都执行。如果你将printf()移到fork()之前，它只会被父进程执行（因为子进程还不存在）。

fork()后每个子进程携带的i值是多少？如果携带相同的i值，那么“分叉”何时停止？

fork()不会改变i的值，因此子进程看到的值与其父进程相同。

要记住关于fork()的一件事，那就是它只被调用一次，但会返回两次——一次在父进程中，一次在新克隆的子进程中。

对于一个更简单的例子，请考虑以下代码：

printf("This will be printed once.\n");
fork();
printf("This will be printed twice.\n");
fork();
printf("This will be printed four times.\n");
fork();
printf("This will be printed eight times.\n");

fork() 创建的子进程是其父进程（几乎）完全相同的副本，因此从其自身的视角来看，它“记得”成为其父进程，并继承了所有父进程的状态（包括所有变量值，调用堆栈和执行的指令）。除了系统元数据（例如由 getpid() 返回的进程 ID）之外，唯一的立即差异是 fork() 的返回值，在子进程中将为零，在父进程中将为非零值（实际上是子进程的 ID）。

是否总是这样，2^n - 1 将是 fork 出的子进程数？所以，这里 n=3，这意味着有 2^3 - 1 = 8 - 1 = 7 个子进程，这是正确的吗？

每个执行 fork() 的进程都会变成两个进程（除非在异常错误条件下，其中 fork() 可能会失败）。如果父进程和子进程继续执行相同的代码（即它们不检查 fork() 的返回值或自己的进程 ID，并根据其分支到不同的代码路径），那么每个后续的 fork 都会使进程数加倍。所以，是的，在三个 fork 后，你将总共拥有 2³ = 8 个进程。

- Ilmari Karonen

优秀的回答。我已经根据您的意见更新了我的图表。谢谢！ - lucidgold

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Crowman · Accepted Answer

以下是如何理解它，从for循环开始：

循环在父进程中开始，i == 0
父进程 fork()，创建子进程1。
现在你有两个进程。两者都打印 i=0。
循环重新在两个进程中开始，现在 i == 1。
父进程和子进程1 fork()，创建了子进程2和3。
现在你有四个进程。所有四个进程都打印 i=1。
循环重新在所有四个进程中开始，现在 i == 2。
父进程和子进程1到3都 fork()，创建了子进程4到7。
现在你有八个进程。所有八个进程都打印 i=2。
循环重新在所有八个进程中开始，现在 i == 3。
循环在所有八个进程中终止，因为 i < 3 不再成立。
所有八个进程都打印 hi。
所有八个进程终止。

所以你会看到 0 被打印了两次，1 被打印了四次，2 被打印了八次，hi 被打印了八次。