Dlaczego program z fork () czasami drukuje dane wyjściowe wiele razy?

W Programie 1 Hello worldjest drukowany tylko raz, ale kiedy go wyjmuję \ni uruchamiam (Program 2), wydruk jest drukowany 8 razy. Czy ktoś może mi wyjaśnić znaczenie \ntutaj i jak to wpływa na fork()?

Program 1

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

int main()
{
    printf("hello world...\n");
    fork();
    fork();
    fork();
}

Wyjście 1:

hello world... 

Program 2

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

int main()
{
    printf("hello world...");
    fork();
    fork();
    fork();
}

Wyjście 2:

hello world... hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...hello world...

Podczas wyświetlania na standardowe wyjście przy użyciu funkcji biblioteki C printf(), dane wyjściowe są zwykle buforowane. Bufor nie jest opróżniany, dopóki nie zostanie wypisany znak nowej linii, wywołanie fflush(stdout)lub wyjście z programu ( _exit()choć nie przez wywołanie ). Standardowy strumień wyjściowy jest domyślnie buforowany w ten sposób, gdy jest podłączony do TTY.

Po rozwidleniu procesu w „Programie 2” procesy podrzędne dziedziczą każdą część procesu nadrzędnego, w tym również niepoprawiony bufor wyjściowy. To skutecznie kopiuje niewypełniony bufor do każdego procesu potomnego.

Po zakończeniu procesu bufory są opróżniane. Zaczynasz w sumie osiem procesów (w tym proces pierwotny), a niewypełniony bufor zostanie opróżniony po zakończeniu każdego procesu.

Jest ósma, ponieważ za każdym razem fork()dostajesz dwa razy więcej procesów, które miałeś przed fork()(ponieważ są one bezwarunkowe), a ty masz trzy z nich (2 ³ = 8).

W żaden sposób nie wpływa na widelec.

W pierwszym przypadku powstaje 8 procesów, które nie mają nic do napisania, ponieważ bufor wyjściowy został już opróżniony (z powodu \n).

W drugim przypadku nadal masz 8 procesów, każdy z buforem zawierającym „Hello world ...”, a bufor jest zapisywany na końcu procesu.

@Kusalananda wyjaśnił, dlaczego dane wyjściowe są powtarzane . Jeśli jesteś ciekawy, dlaczego dane wyjściowe są powtarzane 8 razy, a nie tylko 4 razy (program podstawowy + 3 widelce):

int main()
{
    printf("hello world...");
    fork(); // here it creates a copy of itself --> 2 instances
    fork(); // each of the 2 instances creates another copy of itself --> 4 instances
    fork(); // each of the 4 instances creates another copy of itself --> 8 instances
}

Ważnym tłem jest to, że stdoutzgodnie z ustawieniami domyślnymi wymagane jest buforowanie linii przez standard.

Powoduje to \nopróżnienie wyjścia.

Ponieważ drugi przykład nie zawiera nowej linii, dane wyjściowe nie są opróżniane, a ponieważ fork()kopiuje cały proces, kopiuje również stan stdoutbufora.

Teraz te fork()wywołania w twoim przykładzie tworzą łącznie 8 procesów - wszystkie z kopią stanu stdoutbufora.

Z definicji wszystkie te procesy wywołują exit()po powrocie, main()a następnie exit()wywołania na wszystkich aktywnych strumieniach stdio . Obejmuje to, w wyniku czego widzisz tę samą treść osiem razy.fflush()fclose()stdout

Dobrą praktyką jest wywoływanie fflush()wszystkich strumieni z oczekującymi fork()danymi wyjściowymi przed wywołaniem lub zezwolenie na rozwidlone wywołanie potomne, _exit()które wychodzi z procesu bez opróżniania strumieni stdio.

Zauważ, że dzwonienie exec()nie opróżnia buforów stdio, więc nie martw się o bufory stdio, jeśli (po wywołaniu fork()) zadzwonisz exec()i (jeśli to się nie powiedzie) _exit().

BTW: Aby zrozumieć, że może to spowodować nieprawidłowe buforowanie, oto poprzedni błąd w systemie Linux, który został niedawno naprawiony:

Standard wymaga stderrdomyślnie stderrbuforowania bufora, ale Linux zignorował to i sprawił, że linia została buforowana i (jeszcze gorzej) całkowicie buforowana na wypadek, gdyby stderr został przekierowany przez potok. Więc programy napisane dla UNIXa wypisały rzeczy bez Linii zbyt późno w Linuksie.

Patrz komentarz poniżej, wydaje się, że jest to teraz naprawione.

Oto co robię, aby obejść ten problem z Linuksem:

    /* 
     * Linux comes with a broken libc that makes "stderr" buffered even 
     * though POSIX requires "stderr" to be never "fully buffered". 
     * As a result, we would get garbled output once our fork()d child 
     * calls exit(). We work around the Linux bug by calling fflush() 
     * before fork()ing. 
     */ 
    fflush(stderr); 

Ten kod nie wyrządza szkody na innych platformach, ponieważ wywołanie fflush()strumienia, który został właśnie opróżniony, jest noop.