ทำไมบางครั้งโปรแกรมด้วย fork () บางครั้งก็พิมพ์ผลลัพธ์ออกมาหลาย ๆ ครั้ง?

ในโปรแกรม 1 Hello worldได้รับการพิมพ์เพียงครั้งเดียว แต่เมื่อฉันลบ \nและเรียกใช้ (โปรแกรม 2) ผลลัพธ์จะได้รับการพิมพ์ 8 ครั้ง ใครช่วยอธิบายความสำคัญของ\nที่นี่กับมันได้fork()อย่างไร

โปรแกรม 1

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("hello world...\n");
    fork();
    fork();
    fork();
}

เอาท์พุท 1:

hello world... 

โปรแกรม 2

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    printf("hello world...");
    fork();
    fork();
    fork();
}

เอาท์พุท 2:

hello world... hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...

เมื่อเอาต์พุตไปยังเอาต์พุตมาตรฐานโดยใช้printf()ฟังก์ชันของไลบรารี C เอาต์พุตมักจะถูกบัฟเฟอร์ บัฟเฟอร์จะไม่ถูกล้างจนกว่าคุณจะออกบรรทัดใหม่เรียกfflush(stdout)หรือออกจากโปรแกรม (ไม่ผ่านการเรียก_exit()แม้ว่า) สตรีมเอาต์พุตมาตรฐานจะเป็นค่าเริ่มต้นของบรรทัดที่บัฟเฟอร์ในลักษณะนี้เมื่อเชื่อมต่อกับ TTY

เมื่อคุณแยกกระบวนการใน "โปรแกรม 2" กระบวนการลูกจะสืบทอดทุกส่วนของกระบวนการหลักรวมถึงบัฟเฟอร์เอาต์พุตที่ไม่ได้ฟลัช สิ่งนี้คัดลอกบัฟเฟอร์ที่ไม่ได้ฟลัชอย่างมีประสิทธิภาพไปยังแต่ละกระบวนการลูก

เมื่อกระบวนการสิ้นสุดลงบัฟเฟอร์จะถูกลบทิ้ง คุณเริ่มต้นกระบวนการทั้งหมดแปดกระบวนการ (รวมถึงกระบวนการดั้งเดิม) และบัฟเฟอร์ที่ไม่ได้ฟลัชจะถูกล้างข้อมูลเมื่อสิ้นสุดกระบวนการแต่ละกระบวนการ

มันเป็นแปดเพราะแต่ละครั้งที่fork()คุณได้รับจำนวนของกระบวนการที่คุณมีก่อนหน้านี้fork()(เนื่องจากพวกมันไม่มีเงื่อนไข) และคุณมีสามอย่างนี้ (2 ³ = 8)

มันไม่ส่งผลกระทบต่อทางแยก แต่อย่างใด

ในกรณีแรกคุณจะจบลงด้วย 8 กระบวนการที่ไม่มีการเขียนใด ๆ เพราะบัฟเฟอร์เอาต์พุตหมดแล้ว (เนื่องจาก\n)

ในกรณีที่สองคุณยังมี 8 กระบวนการแต่ละอันมีบัฟเฟอร์ที่มี "Hello world ... " และบัฟเฟอร์ถูกเขียนเมื่อสิ้นสุดกระบวนการ

@Kusalananda อธิบายว่าทำไมการส่งออกที่มีการทำซ้ำ หากคุณสงสัยว่าเหตุใดเอาต์พุตจึงถูกทำซ้ำ8 ครั้งและไม่เพียง 4 ครั้ง (โปรแกรมฐาน + 3 ส้อม):

int main()
{
    printf("hello world...");
    fork(); // here it creates a copy of itself --> 2 instances
    fork(); // each of the 2 instances creates another copy of itself --> 4 instances
    fork(); // each of the 4 instances creates another copy of itself --> 8 instances
}

พื้นหลังที่สำคัญในที่นี้stdoutคือต้องมีการบัฟเฟอร์บรรทัดโดยมาตรฐานเป็นการตั้งค่าเริ่มต้น

สิ่งนี้ทำให้ a \nเพื่อล้างเอาต์พุต

เนื่องจากตัวอย่างที่สองไม่มีการขึ้นบรรทัดใหม่เอาต์พุตจะไม่ถูกลบทิ้งและfork()คัดลอกกระบวนการทั้งหมดจึงคัดลอกสถานะของstdoutบัฟเฟอร์

ในตอนนี้การfork()เรียกเหล่านี้ในตัวอย่างของคุณสร้างกระบวนการทั้งหมด 8 กระบวนการ - ทั้งหมดนั้นมีการคัดลอกสถานะของstdoutบัฟเฟอร์

ตามคำนิยามกระบวนการเหล่านี้จะเรียกใช้exit()เมื่อส่งคืนจากmain()และexit()เรียกfflush()ตามด้วยสตรีมstdio ที่fclose()ใช้งานอยู่ทั้งหมด ซึ่งรวมถึงและเป็นผลให้คุณเห็นเนื้อหาเดียวกันแปดครั้งstdout

เป็นวิธีปฏิบัติที่ดีในการเรียกfflush()ใช้สตรีมทั้งหมดที่มีเอาต์พุตที่ค้างอยู่ก่อนการโทรfork()หรือเพื่อให้เด็กที่ถูกแยกออกมาเรียกอย่างชัดเจน_exit()ว่าจะออกจากกระบวนการโดยไม่ล้างข้อมูลสตรีม stdio

หมายเหตุโทรที่exec()ไม่ได้ล้างบัฟเฟอร์ stdio ดังนั้นจึงมีการตกลงที่จะไม่สนใจเกี่ยวกับบัฟเฟอร์ stdio ถ้าคุณ (หลังจากเรียกfork()) โทรexec()และ (ถ้าที่ล้มเหลว) _exit()โทร

BTW: เพื่อให้เข้าใจว่าการบัฟเฟอร์ผิดอาจทำให้เกิดนี่เป็นข้อผิดพลาดเดิมใน Linux ที่ได้รับการแก้ไขเร็ว ๆ นี้:

มาตรฐานจะต้องไม่มีstderrการstderrบัฟเฟอร์ตามค่าเริ่มต้น แต่ Linux เพิกเฉยต่อสิ่งนี้และทำบัฟเฟอร์บรรทัดและ (ยิ่งแย่กว่า) บัฟเฟอร์เต็มในกรณีที่ stderr ถูกเปลี่ยนเส้นทางผ่านไพพ์ ดังนั้นโปรแกรมที่เขียนสำหรับ UNIX ก็ทำสิ่งที่เอาต์พุตโดยไม่ขึ้นบรรทัดใหม่บน Linux

ดูความคิดเห็นด้านล่างดูเหมือนว่าจะได้รับการแก้ไขในขณะนี้

นี่คือสิ่งที่ฉันทำเพื่อแก้ไขปัญหา Linux นี้:

    /* 
     * Linux comes with a broken libc that makes "stderr" buffered even 
     * though POSIX requires "stderr" to be never "fully buffered". 
     * As a result, we would get garbled output once our fork()d child 
     * calls exit(). We work around the Linux bug by calling fflush() 
     * before fork()ing. 
     */ 
    fflush(stderr); 

รหัสนี้ไม่เป็นอันตรายต่อแพลตฟอร์มอื่น ๆ เนื่องจากการเรียกfflush()สตรีมที่เพิ่งถูกฟลัชคือ noop