C中奇怪的输出缓冲行为

Question

我正在从一门开放课程中尝试 C shell 实现，但输出缓冲的行为有些有趣。

代码是这样的（注意我使用 pid = waitpid(-1, &r, WNOHANG) 的那一行）：

int
main(void)
{
  static char buf[100];
  int fd, r;
  pid_t pid = 0;

  // Read and run input commands.
  while(getcmd(buf, sizeof(buf)) >= 0){
    if(buf[0] == 'c' && buf[1] == 'd' && buf[2] == ' '){
      buf[strlen(buf)-1] = 0;  // chop \n
      if(chdir(buf+3) < 0)
        fprintf(stderr, "cannot cd %s\n", buf+3);
      continue;
    }
    if((pid = fork1()) == 0)
      runcmd(parsecmd(buf));
    while ((pid = waitpid(-1, &r, WNOHANG)) >= 0) {
      if (errno == ECHILD) {
          break;
      }
    }
  }
  exit(0);
}

runcmd函数是这样的（注意在管道处理中我创建了2个子进程并等待它们终止）：

void
runcmd(struct cmd *cmd)
{
  int p[2], r;
  struct execcmd *ecmd;
  struct pipecmd *pcmd;
  struct redircmd *rcmd;

  if(cmd == 0)
    exit(0);

  switch(cmd->type){
  case ' ':
    ecmd = (struct execcmd*)cmd;
    if(ecmd->argv[0] == 0) {
      exit(0);
    }
    // Your code here ...
    // fprintf(stderr, "starting to run cmd: %s\n", ecmd->argv[0]);
    execvp(ecmd->argv[0], ecmd->argv);
    fprintf(stderr, "exec error !\n");
    exit(-1);

    break;

  case '>':
  case '<':
    rcmd = (struct redircmd*)cmd;
    // fprintf(stderr, "starting to run <> cmd: %s\n", rcmd->file);
    // Your code here ...
    mode_t mode = S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IROTH;
    if (rcmd->type == '<') {
      // input
      close(0);
      if (open(rcmd->file, O_RDONLY, mode) != 0) {
        fprintf(stderr, "Opening file error !\n");
        exit(-1);
      }
    } else {
      // output
      close(1);
      if (open(rcmd->file, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, mode) != 1) {
        fprintf(stderr, "Opening file error !\n");
        exit(-1);
      }
    }

    runcmd(rcmd->cmd);
    break;

  case '|':
    pcmd = (struct pipecmd*)cmd;
    // fprintf(stderr, "starting to run pcmd\n");
    // Your code here ...
    pipe(p);

    if (fork1() == 0) {
      // child for read, right side command
      close(0);
      if (dup(p[0]) != 0) {
        fprintf(stderr, "error when dup !\n");
        exit(-1);
      }
      close(p[0]);
      close(p[1]);
      runcmd(pcmd->right);
      fprintf(stderr, "exec error !\n");
    } 
    if (fork1() == 0) {
      // left side command for writing
      close(1);
      if (dup(p[1]) != 1) {
        fprintf(stderr, "dup error !\n");
        exit(-1);
      }
      close(p[0]);
      close(p[1]);
      runcmd(pcmd->left);
      fprintf(stderr, "exec error !\n");
    }
    close(p[0]);
    close(p[1]);
    int stat;
    wait(&stat);
    wait(&stat);

    break;

  default:
    fprintf(stderr, "unknown runcmd\n");
    exit(-1);
  }    
  exit(0);
}

奇怪的是，当我在终端中执行“ls | sort”时，我不断得到以下输出

6.828$ ls | sort
6.828$ a.out
sh.c
t.sh

这表示在打印下一个命令提示符“6828$”之前，子进程的输出仍未刷新到终端。

但是，如果我不使用 pid = waitpid(-1, &r, WNOHANG)) 并使用 pid = waitpid(-1, &r, 0)) （或wait()），输出会是正常的，如：

6.828$ ls | sort
a.out
sh.c
t.sh

我一直在思考问题的原因，但没有想出可能的原因。谁能提出一些可能的原因？

非常感谢！

Answer 1

此代码没有明确定义的行为：

while ((pid = waitpid(-1, &r, WNOHANG)) >= 0) {
  if (errno == ECHILD) {
      break;
  }
}

如果waitpid 返回-1，while 循环将立即中断，这正是它在发生错误时返回的值。因此，如果进入循环体，waitpid 返回一些非负值：要么是 0——表示子进程仍在执行——要么是已经退出的子进程的 pid。这些不是错误条件，因此errno 的值没有意义。可能是ECHILD，在这种情况下循环会错误地中断。

您必须仅在值有意义的情况下检查 errno 的值。或者，更准确地说，引用Posix standard：

errno 的值应仅在调用明确声明为其设置的函数之后定义，直到它被下一个函数调用更改或应用程序为其分配值。 errno 的值只有在函数的返回值表明它是有效的时候才应该被检查。

但我很困惑为什么你觉得有必要使用WNOHANG 忙循环。这是对资源的巨大浪费，因为您的父进程将重复执行系统调用，直到子进程实际终止。由于您确实打算等到孩子终止，因此只调用wait 或将0 指定为waitpid 的标志值会更有意义。

另一方面，如果wait（或waitpid）返回-1，而errno 设置为EINTR，您可能希望重复此操作。如果它返回-1 并且errno 既不是EINTR 也不是ECHILD，那么您可能想要记录一些硬错误。但这与您的问题无关，afaics。