视觉上For循环中fork（）会发生什么

Question

我一直在努力了解fork()行为。这次是for-loop。请注意以下代码：

#include <stdio.h>

void main()
{
   int i;

   for (i=0;i<3;i++)
   {
      fork();

      // This printf statement is for debugging purposes
      // getppid(): gets the parent process-id
      // getpid(): get child process-id

      printf("[%d] [%d] i=%d\n", getppid(), getpid(), i);
   }

   printf("[%d] [%d] hi\n", getppid(), getpid());
}

以下是输出：

[6909][6936] i=0
[6909][6936] i=1
[6936][6938] i=1
[6909][6936] i=2
[6909][6936] hi
[6936][6938] i=2
[6936][6938] hi
[6938][6940] i=2
[6938][6940] hi
[1][6937] i=0
[1][6939] i=2
[1][6939] hi
[1][6937] i=1
[6937][6941] i=1
[1][6937] i=2
[1][6937] hi
[6937][6941] i=2
[6937][6941] hi
[6937][6942] i=2
[6937][6942] hi
[1][6943] i=2
[1][6943] hi

我是一个非常直观的人，所以我真正理解事物的唯一方法就是通过图表。我的导师说会有8个 hi 语句。我编写并运行了代码，确实有8个 hi 语句。但我真的不明白。所以我画了下面的图表：

图表已更新以反映评论：）

观察：

1. 父进程（main）必须迭代循环3次。然后打印printf
2. 在父for循环的每次迭代中，fork（）被称为
3. 在每次fork（）调用之后，i会递增，因此每个子项在i递增之前从i开始for循环
4. 在每个for循环结束时，打印“hi”

以下是我的问题：

• 我的图表是否正确？
• 为什么输出中有{em>两个个i=0个实例？
• 在fork（）之后，i的值被转移给每个孩子？如果i的值相同，那么“分叉”何时停止？
• 总是这样2^n - 1是否可以计算分叉的子女数？那么，n=3，这意味着2^3 - 1 = 8 - 1 = 7个孩子，这是正确的吗？

Answer 1

以下是如何理解它，从for循环开始。

1. 循环从父i == 0

开始

2. 父fork()个，创建子1。

3. 您现在有两个流程。两者都打印i=0。

4. 循环在两个进程中重新启动，现在为i == 1。

5. 父母和子女1 fork()，创建儿童2和3。

6. 您现在有四个流程。全部四个打印i=1。

7. 循环在所有四个进程中重新启动，现在为i == 2。

8. 父母和孩子1到3全部fork()，创建4到7岁的孩子。

9. 您现在有八个流程。全部八个打印i=2。

10. 循环重启所有八个进程，现在i == 3。

11. 循环在所有八个进程中终止，因为i < 3不再成立。

12. 所有八个进程都打印hi。

13. 所有八个进程终止。

因此，您将0打印两次，1打印四次，2打印8次，hi打印8次。

Answer 2

1. 是的，这是对的。 （见下文）
2. 不，i++在调用fork之后执行，因为这是for循环的工作方式。
3. 如果一切顺利，是的。但是，请记住fork可能会失败。

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关于第二个问题的一点解释：

for (i = 0;i < 3; i++)
{
   fork();
}

类似于：

i = 0;
while (i < 3)
{
    fork();
    i++;
}

所以分叉进程中的i（父和子）都是增量前的值。但是，增量会在fork()之后立即执行，因此在我看来，图表可能会被视为正确。

Answer 3

逐一回答您的问题：

  

我的图表是否正确？

是的，基本上。这也是一个非常好的图表。

也就是说，如果您将i=0等标签解释为引用完整循环迭代，那么它是正确的。然而， 所显示的图表是，在每个fork()之后，fork()调用之后的当前循环迭代的部分也由分叉子项执行过程

  

为什么输出中有i=0的两个实例？

因为printf()后面有fork()，所以它由父进程和刚分叉的子进程执行。如果您在printf()之前移动fork()，它将仅由父项执行（因为子进程尚不存在）。

  

在i之后，fork()对每个孩子的价值是多少？如果结转i的相同值，那么“分叉”何时停止？

i的值不会被fork()更改，因此子进程看到的值与其父进程相同。

关于fork()要记住的事情是它被调用一次，但它返回两次 - 一次在父进程中，一次在新克隆的子进程中。

有关更简单的示例，请考虑以下代码：

printf("This will be printed once.\n");
fork();
printf("This will be printed twice.\n");
fork();
printf("This will be printed four times.\n");
fork();
printf("This will be printed eight times.\n");

由fork()创建的子进程是其父级的（几乎）精确克隆，因此，从它自己的角度来看，它“记住”作为其父级，继承所有父进程的状态（包括所有变量值，调用堆栈和正在执行的指令）。唯一的直接差异（除了系统元数据，例如getpid()返回的进程ID）是fork()的返回值，它在子进程中为零但非零（实际上是ID）父母的子进程）。

  

总是这样2^n - 1是计算分叉子女数量的方法吗？那么，n=3，这意味着2^3 - 1 = 8 - 1 = 7个孩子，这是正确的吗？

执行fork()的每个进程都会变成两个进程（在异常错误情况下，fork()可能会失败）。如果父和子继续执行相同的代码（即他们不检查fork()的返回值，或者他们自己的进程ID，并根据它分支到不同的代码路径），那么每个后续的fork将加倍进程数。所以，是的，在三把叉之后，你最终会得到2³= 8个进程。