为什么 fork 函数会弄乱我代码中的文件输入？

Question

当我使用 fork() 创建和终止进程时，突然我的输出行为异常。我希望我的程序读取所有行并终止。但是，当它使用 fork 时，while 循环永远不会终止。 这是我的代码

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

#define MAXLINE 1024

int main(void) {
  char buf[MAXLINE];
 
  printf("prompt: \n");

  while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL){
  
   if (fprintf(stdout, "PParent: %s\n", buf) == EOF)
          printf("output err");
    
    pid_t child = fork();

    switch(child){
      case -1: 
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
        break;
      case 0:
        printf("Child %d: dying\n", getpid());
        exit(0);
    
        break;
      default:
    
    waitpid (child, NULL, 0);
    
    }
  }
  exit(0);
}

我希望我的输出是

prompt: 
Parent: THIS IS LINE 1
Child 31201: dying
Parent: THIS IS LINE 2
Child 31202: dying
Parent: THIS IS LINE 3
Child 31203: dying
Parent: THIS IS LINE 4
Child 31204: dying
Parent: THIS IS LINE 5
Child 31205: dying
Parent: THIS IS LINE 6
Child 31206: dying
Parent: THIS IS LINE 7
Child 31207: dying
Parent: THIS IS LINE 8
Child 31208: dying
Parent: THIS IS LINE 9
Child 31209: dying
Parent: THIS IS LINE 10
Child 31210: dying
Parent: THIS IS LINE 11
Child 31211: dying

但我明白了：

prompt: 
Parent: THIS IS LINE 1
Child 14090: dying
Parent: THIS IS LINE 2
Child 14091: dying
Parent: THIS IS LINE 3
Child 14092: dying
Parent: THIS IS LINE 4
Child 14093: dying
Parent: THIS IS LINE 5
Child 14094: dying
Parent: THIS IS LINE 6
Child 14095: dying
Parent: THIS IS LINE 7
Child 14096: dying
Parent: THIS IS LINE 8
Child 14097: dying
Parent: THIS IS LINE 9
Child 14098: dying
Parent: THIS IS LINE 10
Child 14099: dying
Parent: THIS IS LINE 11
Child 14100: dying
Parent: THIS IS LINE 2
Child 14101: dying
Parent: THIS IS LINE 3
Child 14102: dying
Parent: THIS IS LINE 4
Child 14103: dying
Parent: THIS IS LINE 5
Child 14104: dying
Parent: THIS IS LINE 6
Child 14105: dying
Parent: THIS IS LINE 7
Child 14106: dying
Parent: THIS IS LINE 8
Child 14107: dying
Parent: THIS IS LINE 9
Child 14108: dying
Parent: THIS IS LINE 10
Child 14109: dying
Parent: THIS IS LINE 11
Child 14110: dying
Parent: 
Child 14111: dying
Parent: THIS IS LINE 2
Child 14112: dying
Parent: THIS IS LINE 3
...

它会永远存在。如果我不使用 fork，我将获得所需的输出。但我的问题是为什么使用 fork 导致输出是这样的？子进程在创建后立即被杀死，甚至没有使用 STDIN。

Answer 1

使用所有警告和调试信息编译您的代码：GCC 表示gcc -Wall -Wextra -g。

仔细阅读当然是Advanced Linux Programming然后syscalls(2)和fork(2)和errno(3)

然后使用GDB调试器（例如它的break、step、backtrace、print和run命令）。当然，您应该阅读 GCC 和 GDB 的文档。

根据经验，由于stdio(3) 被缓冲，每次调用fork(2) 之前都应该调用fflush(3)。

while (fgets(buf, MAXLINE, stdin) != NULL){

对于交互式程序，您可以考虑使用GNU readline 而不是fgets。请参阅readline(3)（它提供编辑功能）。或者至少使用getline(3)。

我猜你应该编码：

if (fprintf(stdout, "PParent: %s\n", buf) == EOF)
      printf("output err");
fflush(NULL); ////// this was missing
pid_t child = fork();

当然同时使用gdb(1) 和strace(1) 来了解程序的行为，并了解syscalls(2) 的执行情况。您可能对proc(5) 感兴趣。

顺便说一句，fprintf(stdout, 几乎等同于printf。因此，如果您的fprintf(stdout 失败，则以下printf 很可能也会失败。再仔细阅读printf(3)。

但我的问题是为什么使用 fork 导致输出是这样的？

因为父进程和子进程都在运行concurrently。如果你的处理器是multi-core（2020 年很常见），子进程可以在核心 0 上运行，父进程在核心 1 上，Xorg 服务器在核心 2 上，终端模拟器在核心 3 和 所有进程同时运行。

另外，Linuxkernel will schedule在每个内核上都有几个进程，使用了一些时间共享。

细节比较复杂，请看好operating system tutorial textbook。您需要阅读数百页！

子进程在创建后立即被杀死，甚至不使用 STDIN。

但它使用（作为父进程）stdout(3) ....

子进程在创建后立即被杀死

您显示的代码没有使用kill(2)，所以我们不明白孩子是如何被杀死的。当然signal(7)也是如此。你的孩子是exit(3)-ing，它确实做了一些处理（另见atexit(3)...），可能相当于fflush(NULL)（见fflush(3)）。该处理确实需要一些时间。

考虑研究GNU libc 和crt0 例程的源代码。

在 Linux 上两者都是 open source。 Linux kernel 也是开源的。另请参阅Linux From Scratch，考虑下载、学习、编译您正在使用的所有源代码。