C语言中的fork()系统调用

Question

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
       fork();
       fork() && fork() || fork();
       fork();

     printf("forked\n");
     return 0;
    }

如何计算程序执行后产生的进程数量，这可能会让人感到困惑。请帮我找出答案。

平台--UBUNTU 10.04

- Anil Arya

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为什么不先编译并运行它，看看你会得到多少个“forked”消息？ - Paul R

那是作业吗？没有理智的人会写 fork() && fork() || fork()。你可以分开这一行并添加更多的调试输出。 - ThiefMaster

我已经编译了很多次，每次都得到不同的答案... 在这里看看 http://ideone.com/CXlkR - Anil Arya

我猜这是一种“面试题”。真正的问题是在复合行中会发生什么。我模糊地记得，如果成功，fork（）将返回TRUE，并且几乎总是成功，除非您达到了进程的分叉限制，因此第二行的前两个分叉调用将执行，但不是第三个，由于短路。[啊，现在我记起来了！——fork对于一个进程返回true，对于另一个进程返回false，并且您将在两个进程中都从上次离开的地方继续。可能结果将是一种分形扩展，也许难以预测。] - Hot Licks

是的，但我在想（模糊的回忆可以追溯到几十年前），当主进程触发“退出”时，它会杀死所有其他进程。因此，实际打印出来的内容是不确定的。 - Hot Licks

Answer 1

让我们跟随 fork 树，假设没有一个分支失败

fork();

现在我们有两个进程，目前谁是子进程，谁是父进程并不重要，称它们为 p1 和 p2

fork()

这两个进程都生成了另一个子进程，所以我们有了四个进程，对于其中的两个进程 (p3 和 p4)，结果是零，而对于另外两个进程 (p1 和 p2)，结果是非零

   && fork()

p1和p2再次进行分叉，得到p5和p6，总共有六个进程。对于p1和p2，&&的值为真，因此它们在这一行不会再次分叉。对于p3、p4、p5、p6，&&的值为假，因此它们会进行分叉。

              || fork();

在这里，生成四个新进程，总共有6 + 4 = 10个。

fork();

每个10个进程都再次分叉，总共变成20个。

- Daniel Fischer

Answer 2

不应该像这样使用fork()。绝对不要这样做。然而，在现实生活中，你也不需要这样做。

如何正确使用：

int main() {
    /* code */
    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0) {
        /* error, no child process spawned */
    }
    if (pid > 0) {
        /* we are the parent process, pid is the process ID of the ONE child process spawned */
    }
    /* else, we are the child process, running exactly one command later the fork() was called in the parent. */
    /* some more code */
    return 0;
}

- user529758

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你可能是对的，但这并没有真正回答问题。 - Paul R

嘿，别那么快就点踩啊！你显然没看过我的回答。在评论里，已经列出了执行或未执行子进程的编号。我是确实想回答他的问题的。 - user529758

Answer 3

fork();

fork系统调用返回一个整数：在父进程中是子进程的PID，在子进程中为0。如果发生错误，则不创建进程并返回-1。

||和&&是逻辑运算符。

如果在评估左操作数后已知运算符的结果，则必须短路（即不评估右操作数）：

• 对于||运算符，如果左操作数!= 0，则不评估其右操作数
• 对于&&运算符，如果左操作数== 0，则不评估其右操作数

- ouah

Answer 4

保存文件，命名为fork-count.c。然后使用gcc fork-count.c -o fork-count进行编译。接着你可以运行它，并用./fork-count | wc -l来计算输出的行数。

- Michael Mior

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我已经编译了很多次，但是结果却不同。 - Anil Arya

你的意思是说可以连续运行程序并获得不同的结果吗？ - Michael Mior

如果你使用ideone，你会得到不可靠的结果，因为它不能正确地捕获分叉进程的输出。 - Michael Mior

Answer 5

我已经在Geeks for Geeks上找到了这个问题的正确解释：

fork()系统调用将进程作为二叉树生长的叶子生成。如果我们调用fork()两次，它将生成22 = 4个进程。所有这4个进程都形成了二叉树的叶子节点。一般来说，如果我们处于第l层，并且无条件地调用fork()，则在第（l+1）层将有2l个进程。这相当于在第（l+1）层的二叉树中具有最大子节点数。

例如，假设我们无条件地调用了3次fork()。我们可以使用具有3个级别的完整二叉树表示生成的进程。在第3层，我们将有23 = 8个子节点，这对应于正在运行的进程数。

C/C++逻辑运算符的注意事项：

逻辑运算符&&比||更具优先级，并且具有从左到右的结合性。执行左操作数后，将估计最终结果，并且右操作数的执行取决于左操作数的结果以及操作类型。

在AND（&&）的情况下，在评估左操作数后，仅当左操作数评估为非零时才评估右操作数。在OR（||）的情况下，在评估左操作数后，仅当左操作数评估为零时才评估右操作数。

fork()的返回值：

fork()的手册引用了以下关于返回值的摘录：

“成功时，在父进程中返回子进程的PID，在子进程中返回0。失败时，在父进程中返回-1，不创建子进程，并适当设置errno。”

PID类似于进程句柄，表示为无符号整数。我们可以得出结论，fork()将在父进程中返回非零值，在子进程中返回零。让我们分析程序。为了方便表示，将每个fork()标记如下：

     #include <stdio.h>
     int main()
      {
       fork(); /* A */
      (       fork()  /* B */ &&
      fork()  /* C */ ) || /* B and C are grouped according to precedence */
      fork(); /* D */
      fork(); /* E */

      printf("forked\n");
      return 0;
     }

前两个fork()调用是无条件的。

在第0级，我们只有主进程。主进程（图中的m）将创建子进程C1，并且两者都将继续执行。子进程按照它们创建的顺序进行编号。

在第1级，我们有m和C1正在运行，并准备执行fork() - B。（注意B、C和D被命名为&&和||运算符的操作数）。初始表达式B将在每个子进程和父进程在此级别运行时执行。

在第2级，由于m和C1执行了fork() - B，我们有m和C1作为父进程，C2和C3作为子进程。

fork() - B的返回值在父进程中为非零，在子进程中为零。由于第一个运算符是&&，因为返回值为零，子进程C2和C3将不会执行下一个表达式（fork() - C）。父进程m和C1将继续执行fork() - C。子进程C2和C3将直接执行fork() - D，以计算逻辑或操作的值。

在第3级别，我们有m、C1、C2、C3作为运行中的进程，C4、C5作为子进程。表达式现在简化为((B && C) || D)，此时(B && C)的值是明显的。在父进程中是非零，在子进程中是零。因此，父进程知道整体的B && C || D的结果，将跳过执行fork() - D。由于在子进程中(B && C)计算为零，它们将执行fork() - D。需要注意的是，在第2级别创建的子进程C2和C3也将按照上述方法运行fork() - D。

在第4级别，我们将有m、C1、C2、C3、C4、C5作为运行中的进程，C6、C7、C8和C9作为子进程。所有这些进程都无条件地执行fork() - E，并且生成一个子进程。

在第5级别，我们将有20个正在运行的进程。程序（在Ubuntu Maverick，GCC 4.4.5上）打印了20次“forked”。其中一次是由根父进程（主进程）执行，其余的是由子进程执行。总共将产生19个子进程。

- Anil Arya