c - "fork()"后printf异常

Question

操作系统:Linux，语言:纯 C

我正在学习一般的 C 编程，以及特殊情况下的 UNIX 下的 C 编程。

在使用 fork() 调用后，我检测到 printf() 函数有一个奇怪的(对我而言)行为。

代码

#include <stdio.h>
#include <system.h>

int main()
{
    int pid;
    printf( "Hello, my pid is %d", getpid() );

    pid = fork();
    if( pid == 0 )
    {
            printf( "\nI was forked! :D" );
            sleep( 3 );
    }
    else
    {
            waitpid( pid, NULL, 0 );
            printf( "\n%d was forked!", pid );
    }
    return 0;
}

输出

Hello, my pid is 1111
I was forked! :DHello, my pid is 1111
2222 was forked!

为什么子输出中出现第二个“Hello”字符串？

是的，这正是父级启动时打印的内容，带有父级的pid。

但是!如果我们在每个字符串的末尾放置一个 \n 字符，我们会得到预期的输出:

#include <stdio.h>
#include <system.h>

int main()
{
    int pid;
    printf( "Hello, my pid is %d\n", getpid() ); // SIC!!

    pid = fork();
    if( pid == 0 )
    {
            printf( "I was forked! :D" ); // removed the '\n', no matter
            sleep( 3 );
    }
    else
    {
            waitpid( pid, NULL, 0 );
            printf( "\n%d was forked!", pid );
    }
    return 0;
}

输出:

Hello, my pid is 1111
I was forked! :D
2222 was forked!

为什么会这样？这是正确的行为，还是错误？

Answer 1

我注意到 <system.h>是非标准标题；我将其替换为 <unistd.h>并且代码编译干净。

当你的程序输出到终端(屏幕)时，它是行缓冲的。当程序的输出进入管道时，它是完全缓冲的。您可以通过标准 C 函数 setvbuf() 控制缓冲模式和 _IOFBF (完全缓冲)，_IOLBF (行缓冲)和_IONBF (无缓冲)模式。

您可以在修改后的程序中证明这一点，方法是将程序的输出通过管道传输到 cat .即使 printf() 末尾有换行符字符串，你会看到双重信息。如果您直接将其发送到终端，那么您只会看到一大堆信息。

这个故事的寓意是要小心调用fflush(0);在 fork 之前清空所有 I/O 缓冲区。

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按要求逐行分析(大括号等被删除 - 前导空格被标记编辑器删除):

1. printf( "Hello, my pid is %d", getpid() );
2. pid = fork();
3. if( pid == 0 )
4. printf( "\nI was forked! :D" );
5. sleep( 3 );
6. else
7. waitpid( pid, NULL, 0 );
8. printf( "\n%d was forked!", pid );

分析:

1. 将“你好，我的 pid 是 1234”复制到标准输出缓冲区。因为末尾没有换行符，并且输出在行缓冲模式(或全缓冲模式)下运行，所以终端上不会出现任何内容。
2. 为我们提供了两个独立的进程，在标准输出缓冲区中具有完全相同的 Material 。
3. child 有pid == 0并执行第 4 行和第 5 行；父级的 pid 具有非零值(这两个进程之间的少数区别之一 - 来自 getpid() 和 getppid() 的返回值是另外两个)。
4. 在子级的输出缓冲区中添加一个换行符和“我被 fork 了!:D”。第一行输出出现在终端上；其余部分保存在缓冲区中，因为输出是行缓冲的。
5. 一切停止 3 秒。在此之后， child 通过main结束时的return正常退出。此时，标准输出缓冲区中的剩余数据被刷新。由于没有换行符，这会将输出位置留在行尾。
6. 家长来了。
7. parent 等待 child 完成死亡。
8. 父级添加了一个换行符，“1345 被 fork 了!”到输出缓冲区。在子级生成的不完整行之后，换行符将“Hello”消息刷新到输出。

parent现在通过main结束时的return正常退出，残留数据被flush；由于末尾仍然没有换行符，所以光标位置在感叹号之后，并且shell提示符出现在同一行。

我看到的是:

Osiris-2 JL: ./xx
Hello, my pid is 37290
I was forked! :DHello, my pid is 37290
37291 was forked!Osiris-2 JL: 
Osiris-2 JL: 

PID 编号不同 - 但整体外观清晰。在 printf() 末尾添加换行符语句(这很快成为标准做法)改变了很多输出:

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

int main()
{
    int pid;
    printf( "Hello, my pid is %d\n", getpid() );

    pid = fork();
    if( pid == 0 )
        printf( "I was forked! :D %d\n", getpid() );
    else
    {
        waitpid( pid, NULL, 0 );
        printf( "%d was forked!\n", pid );
    }
    return 0;
}

我现在明白了:

Osiris-2 JL: ./xx
Hello, my pid is 37589
I was forked! :D 37590
37590 was forked!
Osiris-2 JL: ./xx | cat
Hello, my pid is 37594
I was forked! :D 37596
Hello, my pid is 37594
37596 was forked!
Osiris-2 JL:

请注意，当输出到终端时，它是行缓冲的，所以 'Hello' 行出现在 fork() 之前而且只有一份。当输出通过管道传送到 cat ，它是完全缓冲的，所以在 fork() 之前什么都不会出现并且两个进程在缓冲区中都有要刷新的“Hello”行。