gcc编译器中的fork()函数是如何工作的？

Question

我有一个包含fork()调用的C程序。

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

main ( )
{
    fork () ;
    printf ( "\nHello" ) ;
    fork () ;
    printf ( "\nWorld" ) ;
}

这是我在gcc上得到的输出：

Hello Hello World World World World 

这应该是：

Hello Hello World World Hello Hello World World

由于以下原因：

Line1: First fork creates a child process.
1.2: Prints 'Hello'
1.3:Creates a child process because of 2nd fork in it.
1.3.2:Prints 'Hello' and 'World'.
1.4:Prints 'World'.
Line2: Prints 'Hello'.
Line3: Second fork() creates child process
3.1:creates a child process
3.2: Prints 'Hello'
3.4: Prints 'World'
Line 4: Prints 'World'

这是我认为该程序的运作方式。请问您能否解释我哪里出错了？这就是为什么我想要了解函数如何运作的原因。

注意：我查看了手册，但我不太理解其中的大部分内容。

此外，数字表示main函数中的行号。例如，1.2对应于由main()函数的第一行fork()调用创建的子进程的第二行。

我无法弄清楚它是如何产生特定输出的。所以我希望了解fork()在简单步骤中发生了什么？

- BharathYes

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顺便提一下，在每个 printf 后面添加 fflush(stdout)，否则由于 C 库缓冲，输出可能变得更加复杂难懂。 - Matteo Italia

Answer 1

所以：

1. 没有确切的保证事情会按照什么顺序发生（这完全取决于调度器），除了第一件事肯定是“Hello”，最后一件事肯定是“World”。
2. 当你到达“Hello”行时，程序中有两个副本（一个是fork出来的，另一个是原始的），因此“Hello”将打印两次。每个副本都fork出另一个副本，因此当你到达“World”时，会有四个副本，所以“World”将打印四次。
3. 当你fork()一个副本时，它从那里开始执行；它不会从头开始执行。

- tabstop

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但我总是得到相同的输出。如果 fork 创建了一个从那里开始的副本，那么输出应该是：Hello World World Hello World World 吗？ - BharathYes

@Bharath是的，我并不感到惊讶；系统可能会按照相同的顺序安排相同的事件（即每次运行程序都执行相同的操作，因此可能每次都以相同的方式进行调度）。一个线程领先于其他线程太多的情况非常非常非常惊人（fork需要一些时间，与printf相比），但理论上一个进程可以在另一个进程打印任何内容之前完成。 - tabstop

所以你的意思是，由于线程彼此并行执行，它们会稍微有时间差地打印出“Hello”和“World”。我现在明白了。感谢您的耐心解释。 - BharathYes

@BharathYes，回答额外的问题：一旦你分叉，你就不再有一个线性路径，而是有平行路径。原始版本和第一个副本都会打印“Hello”和“World”；第二个和第三个副本将各自只打印“World”--但这四个进程都是独立的进程，你无法控制它们发生的顺序。它们也不必在新的进程接管之前运行到完成；它们可以根据操作系统的自由裁量进行切换控制。 - tabstop

Answer 2

当你使用fork()创建一个子进程时，它会从代码的下一行开始执行，而不是从开头开始执行。

main():

Line1 Creates child one
Line2 prints "Hello"
Line3 Creates child two
Line4 prints "World" 

子元素1：

Line2 prints "Hello"
Line3 Creates child three
Line4 prints "World"

子元素二：

Line4 prints "World"

第三个子节点：

Line4 prints "World"

因此，一个可能的答案是：

Hello Hello World World World World 

分别来自主函数、子函数一、主函数、子函数一、子函数二和子函数三。

然而，执行顺序可能会改变（竞争条件）。

- TryinHard

Answer 3

当调用fork时，无法确定哪个进程会先执行。因此，实际上找不到正确的输出顺序。

唯一的保证是所有进程（包括派生的子进程和父进程）都将被执行。

现在，在第一次fork之后，有两个进程，因此可以确信至少会打印两个“Hello”和两个“World”。尽管在打印两个“Hello”之后，还有另一个fork。

现在，这个fork将由两个进程执行，因此现在有四个就绪状态的进程，每个进程执行时都会打印“World”。因此，这就是为什么在最终输出中看到了两个“Hello”和四个“World”的原因。

- Kraken