关于fork多进程中printf的问题

原创于 2023-10-10 14:50:09 发布 · 306 阅读

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文章讨论了在C语言中，程序使用fork多进程时printf函数的行为差异，重点在于printf输出到stdout的行缓冲机制。程序1和2展示了不同情况下printf输出数量的变化，程序3和4解释了换行符对缓冲区的影响，以及程序5和6对比了带和不带换行符输出的星号数量。

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关于fork多进程中printf的问题

程序1

int main(int argc, char **argv)
{
    int remaining = 4;
    int child_pid;
    while (remaining > 0)
    {
        child_pid = fork();
        if (child_pid == 0) break;
        remaining--;
    }
    printf("P");
    return 0;
}

上面的程序将输出：PPPPP（5个P）

程序执行过程：

remain = 4，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P1)，remain--

子进程(P1)：执行语句if (child_pid == 0) break，退出循环，打印P
remain = 3，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P2)，remain--

子进程(P2)：执行语句if (child_pid == 0) break;，退出循环，打印P
remain = 2，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P3)，remain--

子进程(P3)：执行语句if (child_pid == 0) break;，退出循环，打印P
remain = 1，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P4)，remain--

子进程(P4)：执行语句if (child_pid == 0) break;，退出循环，打印P
remain = 0，

父进程(P0)：退出while循环，打印P

程序2

int main(int argc, char **argv)
{
    int remaining = 4;
    int child_pid;
    while (remaining > 0)
    {
        child_pid = fork();
        remaining--;
    }
    printf("P");
    return 0;
}

上面的程序将输出：PPPPPPPPPPPPPPPP（16个P）

程序执行过程：

remain = 4，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P1)，

子进程(P1)：

remain--
remain = 3，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P2)，

子进程(P1)：进入while循环，创建子进程(P3)

子进程(P2)，子进程(P3)：

remain--
remain = 2，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P4)，

子进程(P1)：进入while循环，创建子进程(P5)，

子进程(P2)：进入while循环，创建子进程(P6)，

子进程(P3)：进入while循环，创建子进程(P7)，

子进程(P4)，子进程(P5)，子进程(P6)，子进程(P7)：

remain--
remain = 1，

父进程(P0)：进入while循环，创建子进程(P8)，

子进程(P1)：进入while循环，创建子进程(P9)，

子进程(P2)：进入while循环，创建子进程(P10)，

子进程(P3)：进入while循环，创建子进程(P11)，

子进程(P4)：进入while循环，创建子进程(P12)，

子进程(P5)：进入while循环，创建子进程(P13)，

子进程(P6)：进入while循环，创建子进程(P14)，

子进程(P3)：进入while循环，创建子进程(P15)，

子进程(P8)，子进程(P9)，子进程(P10)，子进程(P11)，子进程(P12)，子进程(P13)，子进程(P14)，子进程(P15)：

remain--
remain = 0，

父进程(P0)，子进程(P1)，子进程(P2)，子进程(P3)，子进程(P4)，子进程(P5)，子进程(P6)，子进程(P7)，子进程(P8)，子进程(P9)，子进程(P10)，子进程(P11)，子进程(P12)，子进程(P13)，子进程(P14)，子进程(P15)：退出while循环，打印P

程序3

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

int main(int argc, char **argv)
{
    int remaining = 4;
    int child_pid;
    printf("P");				// printf在此处
    while (remaining > 0)
    {
        child_pid = fork();
        if (child_pid == 0) break;
        remaining--;
    }
    return 0;
}

程序4

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

int main(int argc, char **argv)
{
    int remaining = 4;
    int child_pid;
    printf("P\n");				// printf在此处，且在"P"后加上换行符\n
    while (remaining > 0)
    {
        child_pid = fork();
        if (child_pid == 0) break;
        remaining--;
    }
    return 0;
}

程序3输出：PPPPP（5个P）

程序4输出：P（1个P）

原因分析：

printf是向标准输出(stdout)输出想要打印的东西，而默认的stdout是行缓存line buffering的，所以当打印的东西不够一行的时候(没有\n)，这些信息是保存在stdout的buffer中。
fork()时，子进程会复制父进程的所有资源，做到和父进程一样，也包括了缓冲区。如果在fork()前刷新了缓冲区，也就是在printf中使用换行符\n，那么在fork()前，信息就会被打印出来，fork()之后父进程和子进程stdout的buffer中都是空的了。

同理，如果注释掉if (child_pid == 0) break;，程序4将输出16个P。

程序5

int main()
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        fork();
        printf("*\n");
    }
    return 0;
}

程序6

int main()
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        fork();
        printf("*");
    }
    return 0;
}

程序5输出：（14个*）

程序6输出：************************（24个*）

原因分析：

请添加图片描述

程序5中每次printf都会刷新缓冲区，具体示意图如下：

请添加图片描述

程序6中的printf没有刷新缓冲区，fork时子进程会复制父进程的缓冲区

请添加图片描述