?? 今天一位朋友去一個(gè)不錯(cuò)的外企面試linux開發(fā)職位麸俘，面試官出了一個(gè)如下的題目：
????? 給出如下C程序齐板，在linux下使用gcc編譯：
????? 要求如下：
????? 已知從這個(gè)程序執(zhí)行到這個(gè)程序的所有進(jìn)程結(jié)束這個(gè)時(shí)間段內(nèi)吵瞻，沒有其它新進(jìn)程執(zhí)行葛菇。
????? 1、請說出執(zhí)行這個(gè)程序后橡羞，將一共運(yùn)行幾個(gè)進(jìn)程眯停。
????? 2、如果其中一個(gè)進(jìn)程的輸出結(jié)果是“pid1:1001, pid2:1002”卿泽，寫出其他進(jìn)程的輸出結(jié)果（不考慮進(jìn)程執(zhí)行順序）莺债。
????? 明顯這道題的目的是考察linux下fork的執(zhí)行機(jī)制。下面我們通過分析這個(gè)題目签夭，談?wù)刲inux下fork的運(yùn)行機(jī)制齐邦。
預(yù)備知識
????? 這里先列出一些必要的預(yù)備知識，對linux下進(jìn)程機(jī)制比較熟悉的朋友可以略過第租。
????? 1措拇、進(jìn)程可以看做程序的一次執(zhí)行過程。在linux下慎宾，每個(gè)進(jìn)程有唯一的PID標(biāo)識進(jìn)程丐吓。PID是一個(gè)從1到32768的正整數(shù)，其中1一般是特殊進(jìn)程init趟据，其它進(jìn)程從2開始依次編號券犁。當(dāng)用完32768后，從2重新開始汹碱。
????? 2粘衬、linux中有一個(gè)叫進(jìn)程表的結(jié)構(gòu)用來存儲當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程”缺唬可以使用“ps aux”命令查看所有正在運(yùn)行的進(jìn)程色难。
????? 3泼舱、進(jìn)程在linux中呈樹狀結(jié)構(gòu)等缀，init為根節(jié)點(diǎn)，其它進(jìn)程均有父進(jìn)程娇昙，某進(jìn)程的父進(jìn)程就是啟動這個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程尺迂，這個(gè)進(jìn)程叫做父進(jìn)程的子進(jìn)程。
????? 4冒掌、fork的作用是復(fù)制一個(gè)與當(dāng)前進(jìn)程一樣的進(jìn)程噪裕。新進(jìn)程的所有數(shù)據(jù)（變量、環(huán)境變量股毫、程序計(jì)數(shù)器等）數(shù)值都和原進(jìn)程一致膳音，但是是一個(gè)全新的進(jìn)程，并作為原進(jìn)程的子進(jìn)程铃诬。
解題的關(guān)鍵
????? 有了上面的預(yù)備知識祭陷，我們再來看看解題的關(guān)鍵苍凛。我認(rèn)為，解題的關(guān)鍵就是要認(rèn)識到fork將程序切成兩段兵志〈己看下圖：
????? 上圖表示一個(gè)含有fork的程序，而fork語句可以看成將程序切為A想罕、B兩個(gè)部分悠栓。然后整個(gè)程序會如下運(yùn)行：
????? step1、設(shè)由shell直接執(zhí)行程序按价，生成了進(jìn)程P惭适。P執(zhí)行完P(guān)art. A的所有代碼。
????? step2楼镐、當(dāng)執(zhí)行到pid = fork();時(shí)腥沽，P啟動一個(gè)進(jìn)程Q，Q是P的子進(jìn)程鸠蚪，和P是同一個(gè)程序的進(jìn)程今阳。Q繼承P的所有變量、環(huán)境變量茅信、程序計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值盾舌。
????? step3、在P進(jìn)程中蘸鲸，fork()將Q的PID返回給變量pid妖谴，并繼續(xù)執(zhí)行Part. B的代碼。
????? step4酌摇、在進(jìn)程Q中膝舅，將0賦給pid，并繼續(xù)執(zhí)行Part. B的代碼窑多。
????? 這里有三個(gè)點(diǎn)非常關(guān)鍵:
????? 1仍稀、P執(zhí)行了所有程序，而Q只執(zhí)行了Part. B埂息，即fork()后面的程序技潘。（這是因?yàn)镼繼承了P的PC-程序計(jì)數(shù)器）
????? 2、Q繼承了fork()語句執(zhí)行時(shí)當(dāng)前的環(huán)境千康，而不是程序的初始環(huán)境享幽。
????? 3、P中fork()語句啟動子進(jìn)程Q拾弃，并將Q的PID返回值桩，而Q中的fork()語句不啟動新進(jìn)程，僅將0返回豪椿。
解題
????? 下面利用上文闡述的知識進(jìn)行解題奔坟。這里我把兩個(gè)問題放在一起進(jìn)行分析胎挎。
????? 1秩铆、從shell中執(zhí)行此程序，啟動了一個(gè)進(jìn)程，我們設(shè)這個(gè)進(jìn)程為P0贴浙，設(shè)其PID為XXX（解題過程不需知道其PID）疚颊。
????? 2乡翅、當(dāng)執(zhí)行到pid1 = fork();時(shí)站宗，P0啟動一個(gè)子進(jìn)程P1，由題目知P1的PID為1001霎奢。我們暫且不管P1户誓。
????? 3、P0中的fork返回1001給pid1幕侠，繼續(xù)執(zhí)行到pid2 = fork();帝美，此時(shí)啟動另一個(gè)新進(jìn)程，設(shè)為P2晤硕，由題目知P2的PID為1002悼潭。同樣暫且不管P2。
????? 4舞箍、P0中的第二個(gè)fork返回1002給pid2舰褪，繼續(xù)執(zhí)行完后續(xù)程序，結(jié)束疏橄。所以占拍，P0的結(jié)果為“pid1:1001, pid2:1002”。
????? 5捎迫、再看P2晃酒，P2生成時(shí)，P0中pid1=1001窄绒，所以P2中pid1繼承P0的1001贝次，而作為子進(jìn)程pid2=0。P2從第二個(gè)fork后開始執(zhí)行颗祝，結(jié)束后輸出“pid1:1001, pid2:0”浊闪。
????? 6、接著看P1螺戳，P1中第一條fork返回0給pid1，然后接著執(zhí)行后面的語句折汞。而后面接著的語句是pid2 = fork();執(zhí)行到這里倔幼，P1又產(chǎn)生了一個(gè)新進(jìn)程，設(shè)為P3爽待。先不管P3损同。
????? 7翩腐、P1中第二條fork將P3的PID返回給pid2，由預(yù)備知識知P3的PID為1003膏燃，所以P1的pid2=1003茂卦。P1繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序，結(jié)束组哩，輸出“pid1:0, pid2:1003”等龙。
????? 8、P3作為P1的子進(jìn)程伶贰，繼承P1中pid1=0蛛砰，并且第二條fork將0返回給pid2，所以P3最后輸出“pid1:0, pid2:0”黍衙。
????? 9泥畅、至此琅翻，整個(gè)執(zhí)行過程完畢位仁。
????? 所得答案：
????? 1、一共執(zhí)行了四個(gè)進(jìn)程方椎。（P0, P1, P2, P3）
??????2障癌、另外幾個(gè)進(jìn)程的輸出分別為：
??????pid1:1001, pid2:0
????? pid1:0, pid2:1003
????? pid1:0, pid2:0
????? 進(jìn)一步可以給出一個(gè)以P0為根的進(jìn)程樹：
驗(yàn)證
????? 下面我們?nèi)inux下實(shí)際執(zhí)行這個(gè)程序，來驗(yàn)證我們的答案辩尊。
????? 程序如下圖：
????? 用gcc編譯涛浙、執(zhí)行后結(jié)果如下：
????? 由于我們不太可能剛巧碰上PID分配到1001的情況，所以具體數(shù)值可能和答案有所差別摄欲。不過將這里的2710看做基數(shù)的話轿亮，結(jié)果和我們上面的解答是一致的。
總結(jié)
????? 應(yīng)該說這不是一道特別難或特別刁鉆的題目胸墙，但是由于fork函數(shù)運(yùn)行機(jī)制的復(fù)雜性我注，造就了當(dāng)兩個(gè)fork并排時(shí)，問題就變得很復(fù)雜迟隅。解這個(gè)題的關(guān)鍵但骨，一是要對linux下進(jìn)程的機(jī)制有一定認(rèn)識，二是抓住上文提到的幾個(gè)關(guān)于fork的關(guān)鍵點(diǎn)智袭。朋友說奔缠，這個(gè)題給的時(shí)間是5分鐘，應(yīng)該說時(shí)間還算充裕吼野，但是在面試的場合下校哎，還是很考驗(yàn)一個(gè)人對進(jìn)程、fork的掌握程度和現(xiàn)場推理能力。
進(jìn)程的創(chuàng)建和死亡：
闷哆，init是永遠(yuǎn)不會死亡的腰奋。看下面的linux父子進(jìn)程終止的先后順序不同產(chǎn)生不同的結(jié)果：
1）父進(jìn)程先于子進(jìn)程終止：
此種情況就是孤兒進(jìn)程抱怔。當(dāng)父進(jìn)程先退出時(shí)劣坊，系統(tǒng)會讓init進(jìn)程接管子進(jìn)程?。
2）子進(jìn)程先于父進(jìn)程終止屈留，而父進(jìn)程又沒有調(diào)用wait或waitpid函數(shù)
此種情況子進(jìn)程進(jìn)入僵死狀態(tài)局冰，且會一直保持下去直到系統(tǒng)重啟。子進(jìn)程處于僵死狀態(tài)時(shí)绕沈，內(nèi)核只保存進(jìn)程的一些必要信息以備父進(jìn)程所需锐想。此時(shí)子進(jìn)程始終占有著資源，同時(shí)也減少了系統(tǒng)可以創(chuàng)建的最大進(jìn)程數(shù)乍狐。
僵死狀態(tài)：一個(gè)已經(jīng)終止赠摇、但是其父進(jìn)程尚未對其進(jìn)行善后處理(獲取終止子進(jìn)程的有關(guān)信息，釋放它仍占有的資源)的進(jìn)程被稱為僵死進(jìn)程(zombie)浅蚪。ps命令將僵死進(jìn)程的狀態(tài)打印為Z?藕帜。
3）子進(jìn)程先于父進(jìn)程終止，而父進(jìn)程調(diào)用了wait或waitpid函數(shù)?
此時(shí)父進(jìn)程會等待子進(jìn)程結(jié)束惜傲。
????? 希望本文能幫助朋友們對fork的執(zhí)行機(jī)制有一個(gè)明晰的認(rèn)識洽故。
