Linux fork()程序樹的兩種實現方法

剛完成作業系統的實驗一，其中附加題是使用fork()實現一顆滿二叉樹形態的程序樹，覺得好玩，做完之後就記錄一下。

1. 暴力的做法

最簡單粗暴的做法，當然就是直接把層數寫死啦。例如要建立三層的程序樹，就父程序fork()兩次，然後在子程序裡又fork()兩次，這樣就有三層了，且最後fork()出來的那層就不再繼續生成，直接打印出“我的PID是xxx，我爸是xxx”就可以跟它say goodbye了。

下面貼一下拙略的程式碼：

#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(){
    pid_t pid[2];// 記錄生成的兩個子程序的PID

    printf("Root pid is %d.\n",getpid());

    for( int i=0;i<2;++i ){
        pid[i] = fork();

        if( pid[i]==0 ){// 子程序
            printf("My parent is %d, my pid is %d.\n",getppid(),getpid());

            for
 
( int j=0;j<2;++j ){// 跟外面那個for差不多（很暴力）
                pid[j] = fork();
                if( pid[j]==0 ){// 第三層了，可以結束了
                    printf("My parent is %d, my pid is %d.\n",getppid(),getpid());
                    printf("Process %d had exited.\n",getpid());
                    exit(0);
                }else
 
 if( pid[j]!=-1 ){// 父程序
                    printf("Parent process %d create child process %d.\n",getpid(),pid[j]);
                }else{
                    printf("Error: when %d fork()!\n",getpid());
                }
            }

            // waitpid，給孩子收屍，免得孩子變成殭屍程序
            for( int j=0;j<2;++j ){
                waitpid(pid[j],NULL,0);
            }
            printf("Process %d had exited.\n",getpid());

            exit(0);
        }else if( pid[i]!=-1 ){
            printf("Parent process %d create child process %d.\n",getpid(),pid[i]);
        }else{
            printf("Error: when %d fork()!\n",getpid());
        }
    }

    // waitpid，給孩子收屍，免得孩子變成殭屍程序
    for( int i=0;i<2;++i ){
        waitpid(pid[i],NULL,0);
    }

    printf("Process %d had exited.\n",getpid());

    exit(0);
}

怎麼樣，是不是真的很暴力。
程式碼中之所以可以每一層都是用pid[]這個陣列去存子程序的pid，是因為使用fork()之後，子程序會複製父程序的程式碼、變數的值（只是數值而已，不是同一塊記憶體）等，並從fork()語句下面開始執行。此時，子程序的資料跟父程序的資料在記憶體裡已經不是同一塊地址了，也就是說，在子程序中改變變數的值，不會對父程序產生影響。（不考慮實現了共享記憶體之類的東西哈）

上面程式碼有個很騷的地方，就是如果要求實現100層的程序樹的話，那就要寫99個for，騷氣十足。（內心OS：鬼會有這麼無聊的要求哦。。。）但是呢，作為一個準程式設計師，還是要想一波優化的啦，所以就想出了下面的這種寫法。

2. 不寫死層數的做法

剛才也說了嘛，fork()之後，子程序會複製父程序的資料，所以我們可以利用這一點，來實現終止條件的控制。
首先，可以用一個變數例如叫做layer（本英語渣每次取變數名都要搜一波英語單詞怎麼拼）來表示當前已經搞定幾層了。因為一開始的程序可以看作是第一層，樹的根節點嘛，所以layer初始賦值為1。之後在迴圈中，每fork()一層子程序，就在該程序中將當前的層數變數layer加一。由於fork()之後，子程序會複製父程序的資料，故此時在子程序中，layer的值與父程序是相同的。例如，根節點fork()出來的兩個子程序的layer變數都是2，很符合要求。在子程序中判斷layer是否已達到目標層數，如果是，則列印資訊說一下byebye，使用exit(0)自殺就行了。如果不是，則修改迴圈的下標，繼續從頭開始fork()子程序。最後，在迴圈結束後，呼叫waitpid()收屍，防止子程序變成殭屍程序，結束程式。
感覺需要看一波程式碼，才能知道上面那堆東西在說什麼Orz

程式碼如下：

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

int main(){
    pid_t pid[2];
    int layer = 1;
    const int targetLayer = 3;// 目標層數

    printf("Root pid is %d.\n",getpid());
    for( int i=0;i<2; ){// 這裡沒有++i哦
        if( i==0 ) layer++;// 條件控制，使得整個迴圈中layer只增加1
        pid[i] = fork();

        if( pid[i]==0 ){// 子程序
            printf("My parent is %d, my pid is %d.\n",getppid(),getpid());

            if( layer>=targetLayer ){// 層數夠了，結束
                printf("Process %d had exited.\n",getpid());
                exit(0);
            }else{
                i = 0;// 從頭開始迴圈，以便fork兩次
            }
        }else if( pid[i]!=-1 ){// 父程序
            printf("Parent process %d create child process %d.\n",getpid(),pid[i++]);//下標+1
        }else{
            printf("Error: when %d fork()!\n",getpid());
        }
    }

    for( int i=0;i<2;++i ){
        waitpid(pid[i],NULL,0);
    }

    printf("Process %d had exited.\n",getpid());

    exit(0);
}

上面的程式碼只需要修改targetLayer的值即可控制要弄多少層。懶得每次都輸入，就直接寫個常量了
怎麼樣，對比之下是不是顯得程式碼精煉了很多咧→_→

第一次在網上貼程式碼，有點瑟瑟發抖。如果諸位大佬發現有bug，歡迎指出一起探討~~