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如下
C
程序,在
linux
下使用
gcc
编译:
1
#include
"stdio.h"
2
#include
"sys/types.h"
3
#include
"unistd.h"
int
main()
4
{
5
pid_t pid1;
6
pid_t pid2;
7
pid1 = fork();
8
pid2 = fork();
10
printf(
"pid1:%d,
pid2:%d/n"
,
pid1, pid2);
11
}
要求如下:
已知从这个程序执行到这个程序的所有进程结束这个时间段内,没有其它新进程执行。
1
、请说出执行这个程序后,将一共运行几个进程。
2
、如果其中一个进程的输出结果是“
pid1:1001,
pid2:1002”
,写出其他进程的输出结果(不考虑进程执行顺序)。
学习
linux
下
fork
的运行机制
预备知识
1
、进程可以看做程序的一次执行过程。在
linux
下,每个进程有唯一的
PID
标识进程。
PID
是一个从
1
到
32768
的正整数,其中
1
一般是特殊进程
init
,其它进程从
2
开始依次编号。当用完
32768
后,从
2
重新开始。
2
、
linux
中有一个叫进程表的结构用来存储当前正在运行的进程。可以使用“
ps
aux”
命令查看所有正在运行的进程。
3
、进程在
linux
中呈树状结构,
init
为根节点,其它进程均有父进程,某进程的父进程就是启动这个进程的进程,这个进程叫做父进程的子进程。
4
、
fork
的作用是复制一个与当前进程一样的进程。新进程的所有数据(变量、环境变量、程序计数器等)数值都和原进程一致,但是是一个全新的进程,并作为原进程的子进程。
解题的关键
有了上面的预备知识,我们再来看看解题的关键。我认为,解题的关键就是要认识到
fork
将程序切成两段。看下图:
上图表示一个含有 fork 的程序,而 fork 语句可以看成将程序切为 A 、 B 两个部分。然后整个程序会如下运行:
step1 、设由 shell 直接执行程序,生成了进程 P 。 P 执行完 Part. A 的所有代码。
step2 、当执行到 pid = fork(); 时, P 启动一个进程 Q , Q 是 P 的子进程,和 P 是同一个程序的进程。 Q 继承 P 的所有变量、环境变量、程序计数器的 当前 值。
step3 、在 P 进程中, fork() 将 Q 的 PID 返回给变量 pid ,并继续执行 Part. B 的代码。
step4 、在进程 Q 中,将 0 赋给 pid ,并继续执行 Part. B 的代码。
这里有三个点非常关键 :
1 、 P 执行了所有程序,而 Q 只执行了 Part. B ,即 fork() 后面的程序。(这是因为 Q 继承了 P 的 PC- 程序计数器)
2 、 Q 继承了 fork() 语句执行时当前的环境,而不是程序的初始环境。
3 、 P 中 fork() 语句启动子进程 Q ,并将 Q 的 PID 返回,而 Q 中的 fork() 语句不启动新进程,仅将 0 返回。
解题
下面利用上文阐述的知识进行解题。这里我把两个问题放在一起进行分析。
1 、从 shell 中执行此程序,启动了一个进程,我们设这个进程为 P0 ,设其 PID 为 XXX (解题过程不需知道其 PID )。
2 、当执行到 pid1 = fork(); 时, P0 启动一个子进程 P1 ,由题目知 P1 的 PID 为 1001 。我们暂且不管 P1 。
3 、 P0 中的 fork 返回 1001 给 pid1 ,继续执行到 pid2 = fork(); ,此时启动另一个新进程,设为 P2 ,由题目知 P2 的 PID 为 1002 。同样暂且不管 P2 。
4 、 P0 中的第二个 fork 返回 1002 给 pid2 ,继续执行完后续程序,结束。所以, P0 的结果为“ pid1:1001, pid2:1002” 。
5 、再看 P2 , P2 生成时, P0 中 pid1=1001 ,所以 P2 中 pid1 继承 P0 的 1001 ,而作为子进程 pid2=0 。 P2 从第二个 fork 后开始执行,结束后输出“pid1:1001, pid2:0” 。
6 、接着看 P1 , P1 中第一条 fork 返回 0 给 pid1 ,然后接着执行后面的语句。而后面接着的语句是 pid2 = fork(); 执行到这里, P1 又产生了一个新进程,设为P3 。先不管 P3 。
7 、 P1 中第二条 fork 将 P3 的 PID 返回给 pid2 ,由预备知识知 P3 的 PID 为 1003 ,所以 P1 的 pid2=1003 。 P1 继续执行后续程序,结束,输出“ pid1:0, pid2:1003” 。
8 、 P3 作为 P1 的子进程,继承 P1 中 pid1=0 ,并且第二条 fork 将 0 返回给 pid2 ,所以 P3 最后输出“ pid1:0, pid2:0” 。
9 、至此,整个执行过程完毕。
所得答案:
1 、一共执行了四个进程。( P0, P1, P2, P3 )
2 、另外几个进程的输出分别为:
pid1:1001, pid2:0
pid1:0, pid2:1003
pid1:0, pid2:0
进一步可以给出一个以 P0 为根的进程树: