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今天一位朋友去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：
[code] 給出如下C程序，在linux下使用gcc編譯：
[code]#include "stdio.h"
#include "sys/types.h"
#include "unistd.h"
int main()
{
pid_t pid1;
pid_t pid2;
pid1 = fork();
pid2 = fork();
printf("pid1:%d, pid2:%d\n", pid1, pid2);
}要求如下：
[code] 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後，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
[code] 這裡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後，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。可以使用“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，並作為原進程的子進程。
解題的關鍵
[code] 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。然後整個程序會如下運行：
[code] 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，並繼續執行Part. B的代碼。
step4、在進程Q中，將0賦給pid，並繼續執行Part. B的代碼。
這裡有三個點非常關鍵:
1、P執行了所有程序，而Q只執行了Part. B，即fork()後面的程序。（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，並將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
[code] 下面利用上文闡述的知識進行解題。這裡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，繼續執行完後續程序，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後開始執行，結束後輸出“pid1:1001, pid2:0”。
6、接著看P1，P1中第一條fork返回0給pid1，然後接著執行後面的語句。而後面接著的語句是pid2 = fork();執行到這裡，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繼續執行後續程序，結束，輸出“pid1:0, pid2:1003”。
8、P3作為P1的子進程，繼承P1中pid1=0，並且第二條fork將0返回給pid2，所以P3最後輸出“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
[code] 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、執行後結果如下：
[code]由於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。不過將這裡的2710看做基數的話，結果和我們上面的解答是一致的。
總結
[code] 應該說這不是一道特別難或特別刁鑽的題目，但是由於fork函數運行機制的復雜性，造就了當兩個fork並排時，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於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。
希望本文能幫助朋友們對fork的執行機制有一個明晰的認識。
