系统编程-进程-当fork遇到管道，可能碰撞出什么？

第一部分

1. 直接上代码

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

int globvar = 6;
char buf[] = "a write to stdout!\n";

void son_process_end_func(void)
{
    printf("son process end!\n");
}
int main(void)
{
    int var;
    pid_t pid;

    var = 88;
    if ( write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf)-1)  !=  sizeof(buf)-1 ){
        printf("write error!! \n");
    return -1;
    }
        printf("before fork!!, pid = %d\n", getpid() );
    /* 父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID. 子进程中,fork返回0. 出现错误,fork返回负值. */
    if ((pid = fork()) < 0){
        printf("fork error!! \n");
    }
    else if (pid == 0){
    　　 atexit(son_process_end_func);
        globvar++;
        var++;
    　　 printf("son: pid = %d \n", getpid() );
    }
    else{
        sleep(2);
    　　 printf("father: pid = %d \n", getpid() );
    }

    printf("pid = %d, glob = %d, var = %d \n", getpid(), globvar, var);
    exit(0);
}

2. 编译运行记录

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# gcc fork.c -o ab
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# ./ab > out.txt   注：这里使用了管道进行重定向
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# cat out.txt
a write to stdout!
before fork!!, pid = 10425
son: pid = 10426
pid = 10426, glob = 7, var = 89
son process end!          // 调用了进程终止函数，表明子进程正在终止
before fork!!, pid = 10425 // 难点解释：看第22行的printf使用，由于标准I/O库带缓冲，
father: pid = 10425     //  重定向则会将缓存中的内容也拷贝到子进程中一份，当子进程结束，该缓存就会被再次输出。
pid = 10425, glob = 6, var = 88
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# ./ab
a write to stdout!
before fork!!, pid = 10430
son: pid = 10431
pid = 10431, glob = 7, var = 89
son process end!     // 调用了进程终止函数，表明子进程正在终止
father: pid = 10430
pid = 10430, glob = 6, var = 88
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#

小结：

fork遇到管道并不是问题的重点，它俩没碰撞出啥东西。

不要被本博文的标题给误导咯(因为我也是在实验中一步步加深自己的理解)，哈哈，结论：

若fork前标准I/O库函数也在场，那么由于使用IO库函数导致的缓存中的内容会被拷贝给子进程一份。

准确地说，fork前缓存中的内容在父进程的堆空间中，fork后子进程会复制父进程的堆空间。

如果体会不深，自己跑一遍上面的实验代码，感受感受就是了。

知识点补充：
atexit注册多个进程终止处理函数，先注册的后执行（先进后出，和栈一样）
atexit()用于注册进程结束后所执行的函数
return、exit和_exit的区别：
return和exit效果一样，都是会执行进程终止处理函数，
但是用_exit终止进程时并不执行atexit注册的进程终止处理函数。

贴个实验代码的图(看图更方便)

第二部分

在第一部分的代码基础上只增加一句代码：fflush(stdout)，

完整的代码如下

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

int globvar = 6;
char buf[] = "a write to stdout!\n";

void son_process_end_func(void)
{
    printf("son process end!\n");
}
int main(void)
{
    int var;
    pid_t pid;

    var = 88;
    if ( write(STDOUT_FILENO, buf, sizeof(buf)-1)  !=  sizeof(buf)-1 ){
        printf("write error!! \n");
    return -1;
    }
    printf("before fork!!, pid = %d\n", getpid() );

    fflush(stdout); // 注意该行代码产生的效果

    /* 父进程中,fork返回新创建子进程的进程ID. 子进程中,fork返回0. 出现错误,fork返回负值. */
    if ((pid = fork()) < 0){
        printf("fork error!! \n");
    }
    else if (pid == 0){
    atexit(son_process_end_func);
        globvar++;
        var++;
    printf("son: pid = %d \n", getpid() );
    }
    else{
        sleep(2);
    printf("father: pid = %d \n", getpid() );
    }

    printf("pid = %d, glob = %d, var = %d \n", getpid(), globvar, var);
    exit(0);
}

我们再次编译运行：

root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# gcc fork.c -o ab
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# ./ab > out.txt
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1# cat out.txt
a write to stdout!
before fork!!, pid = 14030
son: pid = 14031
pid = 14031, glob = 7, var = 89
son process end!
father: pid = 14030
pid = 14030, glob = 6, var = 88
root@lmw-virtual-machine:/home/lmw/MINE/Linux_C_exercise/fork/test1#

现在我们通过管道得到的打印结果，和本博客第一部分中直接./ab 运行的结果，是一样的。

分析：

　　增加了一行代码，使用fflush(stdout)刷新了缓冲区，所以fork前缓冲区内是空的，我们使用管道重定位的时候，子进程就不会从缓冲区复制数据了。

此时的out.txt内的内容将和直接运行 ./ab 一样。

小结： fflush是从内存缓冲区将数据写到内核缓冲，针对用户空间。

           fsync再将内核缓冲写到磁盘，针对内核空间。

 　　　由此可见，当fork遇到管道的时候，子进程内会复制fork前的用户空间的缓冲区的数据，例如使用了C标准库的IO函数scanf、printf时，因为标准输入和标准输出通常是带缓冲的。

　　　 PS： 而标准错误输出通常是无缓冲的,这样用户程序产生的错误信息可以尽快输出到设备。  

　　　 当fork遇到管道的时候，在fork前，使用标准输入和标准错误的情形，本博客未做实验，读者可以自行尝试一下。

根据本实验的运行结果来看，推测：虽然printf是行缓冲，但是执行代码 printf("before fork!!, pid = %d\n", getpid() ) 时，并没有立即刷新用户空间的缓冲区到内核，而当我们使用fflush时，才刷新到了内核。

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