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一個不錯的外企面試Linux開發職位，面試官出了一個如下的題目：

給出如下C程序，在linux下使用gcc編譯：

已知從這個程序執行到這個程序的所有進程結束這個時間段內，沒有其它新進程執行。

1. 請說出執行這個程序后，將一共運行幾個進程。
2. 如果其中一個進程的輸出結果是“pid1:1001, pid2:1002”，寫出其他進程的輸出結果(不考慮進程執行順序)。

明顯這道題的目的是考察linux下fork的執行機制。下面我們通過分析這個題目，談談Linux下fork的運行機制。

預備知識:

這里先列出一些必要的預備知識，對Linux下進程機制比較熟悉的朋友可以略過。

1. 進程可以看做程序的一次執行過程。在Linux下，每個進程有唯一的PID標識進程。PID是一個從1到32768的正整數，其中1一般是特殊進程init，其它進程從2開始依次編號。當用完32768后，從2重新開始。
2. Linux中有一個叫進程表的結構用來存儲當前正在運行的進程?？梢允褂?ldquo;ps aux”命令查看所有正在運行的進程。
3. 進程在Linux中呈樹狀結構，init為根節點，其它進程均有父進程，某進程的父進程就是啟動這個進程的進程，這個進程叫做父進程的子進程。
4. fork的作用是復制一個與當前進程一樣的進程。新進程的所有數據(變量、環境變量、程序計數器等)數值都和原進程一致，但是是一個全新的進程，并作為原進程的子進程。

解題的關鍵:

有了上面的預備知識，我們再來看看解題的關鍵。我認為，解題的關鍵就是要認識到fork將程序切成兩段。看下圖：

上圖表示一個含有fork的程序，而fork語句可以看成將程序切為A、B兩個部分。然后整個程序會如下運行：

• step1、設由shell直接執行程序，生成了進程P。P執行完Part. A的所有代碼。
• step2、當執行到pid = fork();時，P啟動一個進程Q，Q是P的子進程，和P是同一個程序的進程。Q繼承P的所有變量、環境變量、程序計數器的當前值。
• step3、在P進程中，fork()將Q的PID返回給變量pid，并繼續執行Part. B的代碼。
• step4、在進程Q中，將0賦給pid，并繼續執行Part. B的代碼。

這里有三個點非常關鍵:

1. P執行了所有程序，而Q只執行了Part. B，即fork()后面的程序。(這是因為Q繼承了P的PC-程序計數器)
2. Q繼承了fork()語句執行時當前的環境，而不是程序的初始環境。
3. P中fork()語句啟動子進程Q，并將Q的PID返回，而Q中的fork()語句不啟動新進程，僅將0返回。

解題:

下面利用上文闡述的知識進行解題。這里我把兩個問題放在一起進行分析。

1. 從shell中執行此程序，啟動了一個進程，我們設這個進程為P0，設其PID為XXX(解題過程不需知道其PID)。
2. 當執行到pid1 = fork();時，P0啟動一個子進程P1，由題目知P1的PID為1001。我們暫且不管P1。
3. P0中的fork返回1001給pid1，繼續執行到pid2 = fork();，此時啟動另一個新進程，設為P2，由題目知P2的PID為1002。同樣暫且不管P2。
4. P0中的第二個fork返回1002給pid2，繼續執行完后續程序，結束。所以，P0的結果為“pid1:1001, pid2:1002”。
5. 再看P2，P2生成時，P0中pid1=1001，所以P2中pid1繼承P0的1001，而作為子進程pid2=0。P2從第二個fork后開始執行，結束后輸出“pid1:1001, pid2:0”。
6. 接著看P1，P1中***條fork返回0給pid1，然后接著執行后面的語句。而后面接著的語句是pid2 = fork();執行到這里，P1又產生了一個新進程，設為P3。先不管P3。
7. P1中第二條fork將P3的PID返回給pid2，由預備知識知P3的PID為1003，所以P1的pid2=1003。P1繼續執行后續程序，結束，輸出“pid1:0, pid2:1003”。
8. P3作為P1的子進程，繼承P1中pid1=0，并且第二條fork將0返回給pid2，所以P3***輸出“pid1:0, pid2:0”。
9. 至此，整個執行過程完畢。

所得答案：

1、一共執行了四個進程。

(P0, P1, P2, P3) 

2、另外幾個進程的輸出分別為：

pid1:1001, pid2:0  
pid1:0, pid2:1003  
pid1:0, pid2:0 

進一步可以給出一個以P0為根的進程樹：

驗證：

下面我們去linux下實際執行這個程序，來驗證我們的答案。

程序如下圖：

用gcc編譯、執行后結果如下：

由于我們不太可能剛巧碰上PID分配到1001的情況，所以具體數值可能和答案有所差別。不過將這里的2710看做基數的話，結果和我們上面的解答是一致的。

總結：

應該說這不是一道特別難或特別刁鉆的題目，但是由于fork函數運行機制的復雜性，造就了當兩個fork并排時，問題就變得很復雜。解這個題的關鍵，一是要對linux下進程的機制有一定認識，二是抓住上文提到的幾個關于fork的關鍵點。朋友說，這個題給的時間是5分鐘，應該說時間還算充裕，但是在面試的場合下，還是很考驗一個人對進程、fork的掌握程度和現場推理能力。