今天一位朋友去一個不錯的外企面試linux開發職位，面試官出了一個如下的題目：

      給出如下C程式，在linux下使用gcc編譯：

#include "stdio.h"

#include "sys/types.h"

#include "unistd.h"

int main()

{

    pid_t pid1;

    pid_t pid2;

    pid1 = fork();

    pid2 = fork();

    printf("pid1:%d, pid2:%d\n", pid1, pid2);

}

      要求如下：

      已知從這個程式執行到這個程式的所有程序結束這個時間段內，沒有其它新程序執行。

      1、請說出執行這個程式後，將一共執行幾個程序。

      2、如果其中一個程序的輸出結果是“pid1:1001, pid2:1002”，寫出其他程序的輸出結果（不考慮程序執行順序）。

      明顯這道題的目的是考察linux下fork的執行機制。下面我們通過分析這個題目，談談linux下fork的執行機制。

預備知識

      這裡先列出一些必要的預備知識，對linux下程序機制比較熟悉的朋友可以略過。

      1、程序可以看做程式的一次執行過程。在linux下，每個程序有唯一的PID標識程序。PID是一個從1到32768的正整數，其中1一般是特殊程序init，其它程序從2開始依次編號。當用完32768後，從2重新開始。

      2、linux中有一個叫程序表的結構用來儲存當前正在執行的程序。可以使用“ps aux”命令檢視所有正在執行的程序。

      3、程序在linux中呈樹狀結構，init為根節點，其它程序均有父程序，某程序的父程序就是啟動這個程序的程序，這個程序叫做父程序的子程序。

      4、fork的作用是複製一個與當前程序一樣的程序。新程序的所有資料（變數、環境變數、程式計數器等）數值都和原程序一致，但是是一個全新的程序，並作為原程序的子程序。

解題的關鍵

      有了上面的預備知識，我們再來看看解題的關鍵。我認為，解題的關鍵就是要認識到fork將程式切成兩段。看下圖：

      上圖表示一個含有fork的程式，而fork語句可以看成將程式切為A、B兩個部分。然後整個程式會如下執行：

      step1、設由shell直接執行程式，生成了程序P。P執行完Part. A的所有程式碼。

      step2、當執行到pid = fork();時，P啟動一個程序Q，Q是P的子程序，和P是同一個程式的程序。Q繼承P的所有變數、環境變數、程式計數器的當前值。

      step3、在P程序中，fork()將Q的PID返回給變數pid，並繼續執行Part. B的程式碼。

      step4、在程序Q中，將0賦給pid，並繼續執行Part. B的程式碼。

      這裡有三個點非常關鍵:

      1、P執行了所有程式，而Q只執行了Part. B，即fork()後面的程式。（這是因為Q繼承了P的PC-程式計數器）

      2、Q繼承了fork()語句執行時當前的環境，而不是程式的初始環境。

      3、P中fork()語句啟動子程序Q，並將Q的PID返回，而Q中的fork()語句不啟動新程序，僅將0返回。

解題

      下面利用上文闡述的知識進行解題。這裡我把兩個問題放在一起進行分析。

      1、從shell中執行此程式，啟動了一個程序，我們設這個程序為P0，設其PID為XXX（解題過程不需知道其PID）。

      2、當執行到pid1 = fork();時，P0啟動一個子程序P1，由題目知P1的PID為1001。我們暫且不管P1。

      3、P0中的fork返回1001給pid1，繼續執行到pid2 = fork();，此時啟動另一個新程序，設為P2，由題目知P2的PID為1002。同樣暫且不管P2。

      4、P0中的第二個fork返回1002給pid2，繼續執行完後續程式，結束。所以，P0的結果為“pid1:1001, pid2:1002”。

      5、再看P2，P2生成時，P0中pid1=1001，所以P2中pid1繼承P0的1001，而作為子程序pid2=0。P2從第二個fork後開始執行，結束後輸出“pid1:1001, pid2:0”。

      6、接著看P1，P1中第一條fork返回0給pid1，然後接著執行後面的語句。而後面接著的語句是pid2 = fork();執行到這裡，P1又產生了一個新程序，設為P3。先不管P3。

      7、P1中第二條fork將P3的PID返回給pid2，由預備知識知P3的PID為1003，所以P1的pid2=1003。P1繼續執行後續程式，結束，輸出“pid1:0, pid2:1003”。

      8、P3作為P1的子程序，繼承P1中pid1=0，並且第二條fork將0返回給pid2，所以P3最後輸出“pid1:0, pid2:0”。

      9、至此，整個執行過程完畢。

      所得答案：

      1、一共執行了四個程序。（P0, P1, P2, P3）

      2、另外幾個程序的輸出分別為：

      pid1:1001, pid2:0

      pid1:0, pid2:1003

      pid1:0, pid2:0

      進一步可以給出一個以P0為根的程序樹：

驗證

      下面我們去linux下實際執行這個程式，來驗證我們的答案。

      程式如下圖：

      用gcc編譯、執行後結果如下：

      由於我們不太可能剛巧碰上PID分配到1001的情況，所以具體數值可能和答案有所差別。不過將這裡的2710看做基數的話，結果和我們上面的解答是一致的。

總結

      應該說這不是一道特別難或特別刁鑽的題目，但是由於fork函式執行機制的複雜性，造就了當兩個fork並排時，問題就變得很複雜。解這個題的關鍵，一是要對linux下程序的機制有一定認識，二是抓住上文提到的幾個關於fork的關鍵點。朋友說，這個題給的時間是5分鐘，應該說時間還算充裕，但是在面試的場合下，還是很考驗一個人對程序、fork的掌握程度和現場推理能力。

      希望本文能幫助朋友們對fork的執行機制有一個明晰的認識。

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