进程和进程通信
讲述系统进程之间的通信，fork的使用。以及printf的缓存问题.
1.进程的创建实验
(1)编译下述程序并解释现象
完整程序
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4 | int main(){ |
5 | int pid1 = fork(); |
6 | printf("**1**\n"); |
7 | int pid2 = fork(); |
8 | printf("**2**\n"); |
9 | if(pid1 == 0){ |
10 | int pid3=fork(); |
11 | printf("**3**\n"); |
12 | } else { |
13 | printf("**4**\n"); |
14 | } |
15 | return 0; |
16 | } |
输出
解释
首先，我把代码进行扩充。使用了getppid ()来获得当前进程的父进程，使用了getpid()来获得当前进程的进程，以帮助进行解释。
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4 | int main(){ |
5 | int pid1 = fork(); |
6 | printf("**1** pid: %d, parentpid: %d, pid1: %d \n", getpid(), getppid(), pid1); |
7 | int pid2 = fork(); |
8 | printf("**2** pid: %d, parentpid: %d, pid2: %d \n", getpid(), getppid(), pid2); |
9 | if(pid1 == 0){ |
10 | int pid3=fork(); |
11 | printf("**3** pid: %d, parentpid: %d, pid3: %d \n", getpid(), getppid(), pid2); |
12 | } else { |
13 | printf("**4** pid: %d, parentpid: %d, pid3: %d \n", getpid(), getppid(), pid2); |
14 | } |
15 | return 0; |
16 | } |
结果：
第一步：在父进程中执行到int pid1= fork() 指令，系统中创建了一个新的进程p8287。所以现在系统中有两个进程在执行，一个为p8287,一个为p8288（使用pxxxx来表示pid为xxxx的进程）。从pid1的值中可以看出子进程的pid（fork在父进程中会返回子进程的pid，子进程中返回0)，并且这两个进程的代码从fork之后是相同的。p8230执行第一次printf输出**1**，此时关系为p8287->p8288(使用->来表示父子关系)。
第二步：父进程p8287先进行执行（查资料之后，发现父进程之间执行的顺序与操作系统的调度有关，不是完全确定的），p8287执行int pid2 = fork()指令，系统中创建了一个新的进程p8289。此时p8230执行printf输出**2**。此时关系为p8287->p8289
第三步：父进程p8287仍先进程执行，此时判断pid1的值，pid1=8288不等于0，所以进入else执行语句，输出**4**
第四步：p8288，作为p8287的子进程执行，继续int pid1之后的代码，输出**1**
第五步：p8289，作为p8287的子进程执行，继续int pid2之后的代码，输出**2**
第六步：p8289，继续执行，此时pid1不等于0，输出4，p8289进程结束
第七步：p8288继续执行，执行int pid2 = fork()，创建了子进程p8290，输出**2**，此时关系为p8288->p8290
第八步：p8288继续执行，由于p8288是int pid1=fork()创建出来的，所以在p8288中pid1=0，p8288执行int pid3 = fork() 得到子进程p8291输出3。（因为此时p8287已经死亡，所以p8288的父进程变成了p1）。
第九步：p8290，作为p8288在pid2之后的子进程继续执行，输出2
第十步：p8290，pid1＝0，执行int pid3 = fork(), 创建了p8292，此时关系为p8290->p8292
第十一步：p8291作为p8288在pid3之后的子程序，输出3
第十二步：p8292作为p8290在pid之后的子程序，输出3
(2)编写程序并分析
题目要求
编写一段程序，使用系统调用fork()创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符“a”；子进程分别显示字符“b”和字符“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。
程序
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4 | int main(){ |
5 | int pid1 = fork(); |
6 | if (pid1 == 0) { |
7 | printf("b\n"); |
8 | } else { |
9 | printf("a\n"); |
10 | int pid2 = fork(); |
11 | if (pid2 == 0) { |
12 | printf("c\n"); |
13 | } |
14 | } |
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16 | return 0; |
17 | } |
结果
分析
通过补充代码进行分析
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4 | int main(){ |
5 | int pid1 = fork(); |
6 | if (pid1 == 0) { |
7 | printf("b pid: %d parentpid: %d\n", getpid(), getppid()); |
8 | } else { |
9 | printf("a pid: %d parentpid: %d\n", getpid(), getppid()); |
10 | int pid2 = fork(); |
11 | if (pid2 == 0) { |
12 | printf("c pid: %d parentpid: %d\n", getpid(), getppid()); |
13 | } |
14 | } |
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16 | return 0; |
17 | } |
第一步：p8924执行int pid1 = fork(); 创建了一个子进程p8925，pid1在父程序中返回子程序pid8295，所以执行else语句输出a。此时关系为p8924->p8925
第二步：在a中执行了int pid2 = fork(); 创建了一个子进程p8926，在pid2中子进程不为0不执行if。此时关系为p8924->p8926
第三步：在p8925中，pid1=0，执行了if语句输出b
第四步，在p8926中，pid20，执行了if语句输出c
(3)
题目
下面程序将在屏幕上输出的字符‘X’、数字“1” 和“0”各多少个？为什么？
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4 | int main(void) |
5 | { |
6 | int i, a=0; |
7 | pid_t pid; // 同int |
8 | if((pid=fork()))a=1; |
9 | for(i=0; i<2; i++){ |
10 | printf("X"); |
11 | } |
12 | if(pid==0)printf("%d\n",a); |
13 | return 0; |
14 | } |
答
将输出4个X一个0
分析
假设main函数为p1000，执行完pid=fork()之后，创建了一个子进程p1001，pid＝1001执行if语句a＝1。通过for循环输出两个X
创建的子进程p1001，pid＝0，不执行if语句a仍为0，执行for输出两个X，执行最后一个if输出0
验证
(4)printf缓存
问题
如果将上面main函数修改如下，则屏幕上输出的字符‘X’、数字“1”和“0”各多少个？为什么？
1 | int main(void) |
2 | { |
3 | int i, a=0; |
4 | pid_t pid[2]; |
5 | for(i=0; i<2; i++){ |
6 | if((pid[i]=fork()))a=1; |
7 | printf("X"); |
8 | } |
9 | if(pid[0]==0)printf("%d\n",a); |
10 | if(pid[1]==0)printf("%d\n",a); |
11 | return 0; |
12 | } |
答
输出了8个X，1个1，3个0
分析
同样根据上述的分析方法
fork的重要特性：
- fork()系统调用是Unix下以自身进程创建子进程的系统调用，一次调用，两次返回，如果返回是0，则是子进程，如果返回值>0，则是父进程（返回值是子进程的pid）
- 在fork()的调用处，整个父进程空间会原模原样地复制到子进程中，包括指令，变量值，程序调用栈，环境变量，缓冲区等
一开始分析的时候觉得只有6个X但是，经过试验之后发现有8个X。原来是printf的缓存的原因：printf(“-\n”);这里程序遇到”\n”，或是EOF，或是缓中区满，或是文件描述符关闭，或是主动flush，或是程序退出，就会把数据刷出缓冲区。需要注意的是，标准输出是行缓冲，所以遇到”n”的时候会刷出缓冲区，但对于磁盘这个块设备来说，“n”并不会引起缓冲区刷出的动作，那是全缓冲，你可以使用setvbuf来设置缓冲区大小，或是用fflush刷缓存。
效果
下图为无\n和有\n的输出不同
