一個不錯的外企面試Linux開發(fā)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(zhí)行到這個程序的所有進(jìn)程結(jié)束這個時間段內(nèi)，沒有其它新進(jìn)程執(zhí)行。

請說出執(zhí)行這個程序后，將一共運行幾個進(jìn)程。

如果其中一個進(jìn)程的輸出結(jié)果是“pid1:1001， pid2:1002”，寫出其他進(jìn)程的輸出結(jié)果（不考慮進(jìn)程執(zhí)行順序）。

明顯這道題的目的是考察linux下fork的執(zhí)行機(jī)制。下面我們通過分析這個題目，談?wù)凩inux下fork的運行機(jī)制。

預(yù)備知識：

這里先列出一些必要的預(yù)備知識，對Linux下進(jìn)程機(jī)制比較熟悉的朋友可以略過。

進(jìn)程可以看做程序的一次執(zhí)行過程。在Linux下，每個進(jìn)程有唯一的PID標(biāo)識進(jìn)程。PID是一個從1到32768的正整數(shù)，其中1一般是特殊進(jìn)程init，其它進(jìn)程從2開始依次編號。當(dāng)用完32768后，從2重新開始。

Linux中有一個叫進(jìn)程表的結(jié)構(gòu)用來存儲當(dāng)前正在運行的進(jìn)程?？梢允褂谩皃s aux”命令查看所有正在運行的進(jìn)程。

進(jìn)程在Linux中呈樹狀結(jié)構(gòu)，init為根節(jié)點，其它進(jìn)程均有父進(jìn)程，某進(jìn)程的父進(jìn)程就是啟動這個進(jìn)程的進(jìn)程，這個進(jìn)程叫做父進(jìn)程的子進(jìn)程。

fork的作用是復(fù)制一個與當(dāng)前進(jìn)程一樣的進(jìn)程。新進(jìn)程的所有數(shù)據(jù)（變量、環(huán)境變量、程序計數(shù)器等）數(shù)值都和原進(jìn)程一致，但是是一個全新的進(jìn)程，并作為原進(jìn)程的子進(jìn)程。

解題的關(guān)鍵：

有了上面的預(yù)備知識，我們再來看看解題的關(guān)鍵。我認(rèn)為，解題的關(guān)鍵就是要認(rèn)識到fork將程序切成兩段?？聪聢D：

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(shè)由shell直接執(zhí)行程序，生成了進(jìn)程P。P執(zhí)行完P(guān)art. A的所有代碼。

step2、當(dāng)執(zhí)行到pid = fork（）;時，P啟動一個進(jìn)程Q，Q是P的子進(jìn)程，和P是同一個程序的進(jìn)程。Q繼承P的所有變量、環(huán)境變量、程序計數(shù)器的當(dāng)前值。

step3、在P進(jìn)程中，fork（）將Q的PID返回給變量pid，并繼續(xù)執(zhí)行Part. B的代碼。

step4、在進(jìn)程Q中，將0賦給pid，并繼續(xù)執(zhí)行Part. B的代碼。

這里有三個點非常關(guān)鍵：

P執(zhí)行了所有程序，而Q只執(zhí)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(shù)器）

Q繼承了fork（）語句執(zhí)行時當(dāng)前的環(huán)境，而不是程序的初始環(huán)境。

P中fork（）語句啟動子進(jìn)程Q，并將Q的PID返回，而Q中的fork（）語句不啟動新進(jìn)程，僅將0返回。

解題：

下面利用上文闡述的知識進(jìn)行解題。這里我把兩個問題放在一起進(jìn)行分析。

從shell中執(zhí)行此程序，啟動了一個進(jìn)程，我們設(shè)這個進(jìn)程為P0，設(shè)其PID為XXX（解題過程不需知道其PID）。

當(dāng)執(zhí)行到pid1 = fork（）;時，P0啟動一個子進(jìn)程P1，由題目知P1的PID為1001。我們暫且不管P1。

P0中的fork返回1001給pid1，繼續(xù)執(zhí)行到pid2 = fork（）;，此時啟動另一個新進(jìn)程，設(shè)為P2，由題目知P2的PID為1002。同樣暫且不管P2。

P0中的第二個fork返回1002給pid2，繼續(xù)執(zhí)行完后續(xù)程序，結(jié)束。所以，P0的結(jié)果為“pid1:1001， pid2:1002”。

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(jìn)程pid2=0。P2從第二個fork后開始執(zhí)行，結(jié)束后輸出“pid1:1001， pid2:0”。

接著看P1，P1中第一條fork返回0給pid1，然后接著執(zhí)行后面的語句。而后面接著的語句是pid2 = fork（）;執(zhí)行到這里，P1又產(chǎn)生了一個新進(jìn)程，設(shè)為P3。先不管P3。

P1中第二條fork將P3的PID返回給pid2，由預(yù)備知識知P3的PID為1003，所以P1的pid2=1003。P1繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序，結(jié)束，輸出“pid1:0， pid2:1003”。

P3作為P1的子進(jìn)程，繼承P1中pid1=0，并且第二條fork將0返回給pid2，所以P3最后輸出“pid1:0， pid2:0”。

至此，整個執(zhí)行過程完畢。

所得答案：

1、一共執(zhí)行了四個進(jìn)程。

（P0， P1， P2， P3）

2、另外幾個進(jìn)程的輸出分別為：

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

進(jìn)一步可以給出一個以P0為根的進(jìn)程樹：

驗證：

下面我們?nèi)inux下實際執(zhí)行這個程序，來驗證我們的答案。

程序如下圖：

用gcc編譯、執(zhí)行后結(jié)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(shù)值可能和答案有所差別。不過將這里的2710看做基數(shù)的話，結(jié)果和我們上面的解答是一致的。

總結(jié)：

應(yīng)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(shù)運行機(jī)制的復(fù)雜性，造就了當(dāng)兩個fork并排時，問題就變得很復(fù)雜。解這個題的關(guān)鍵，一是要對linux下進(jìn)程的機(jī)制有一定認(rèn)識，二是抓住上文提到的幾個關(guān)于fork的關(guān)鍵點。朋友說，這個題給的時間是5分鐘，應(yīng)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(jìn)程、fork的掌握程度和現(xiàn)場推理能力。