关于fork函数的使用问题

在oldlinux论坛中，有一则帖子，题目也是“关于fork函数的使用问题”，楼主提出了一个很有意思的问题：

在linux0.11下写了一个程序,大家看一下，应该是什么结果 #include #include main() { int pid,i; for (i=0;i<2;i++){ pid=fork(); if(pid==0) printf(“child=%d\n”,i); else printf(“parent=%d\n”,i); } }

而在2楼，楼主给出了打印结果：

我运行后的结果
parent=0
parent=1
child=1
child=0
parent=1
child=1
为什么会打印出三个parent,三个child呢？

对于打印情况，3楼给出了一个合理的解释：

i=0： fork之后产生两个进程，分别打印“XXX＝0”
i=1： 上面的两个进程又fork，这时4个进程了，再分别打印“XXX＝1”
所以一共打印6句话，2句打印0，4句打印1

这个解释虽然合理，但是不够详尽，所以容易造成一知半解。而且，无法充分解释打印顺序。
我在这里给出一个更详尽的解释：
首先，有几个前提需要指明：
1. fork()函数只是创建了当前进程的子进程，返回值为子进程的pid。而且并不会立即调用子进程。
2. fork()函数创建了子进程后，子进程保存的是进入创建进程时的父进程的运行环境。换句话说，子进程被创建后第一次运行时，是从fork()指令在机器码程序中的下一条指令开始执行的。在目前我们讨论的程序中，子程序是从if(pid==0) 这一个指令开始执行。而且，子进程在创建后的返回值总是0，所以子进程一定会运行printf("child=%d\n",i);。
3. 目前我从Linux 0.11版本中了解的进程调度前提有如下几个：
1) 定时器中断造成进程调度
2) 当前进程运行结束后造成进程调度
3) 当前进程挂起后造成进程调度
4. 进程调度的逻辑如下：当前进程不为就绪态，或者当前进程在就绪态但是剩余运行时间不是最大值，就会运行另一个进程，否则，会运行当前进程。

那我们再来看帖子中楼主给出的程序主体部分：

for(i=0;i<2;i++) {    pid=fork();    if(pid==0) printf("child=%d\n",i);    else printf("parent=%d\n",i);}

我们把这个循环展开，可以有如下代码段2：

 1: i=0; 2: pid=fork(); 3: if(pid==0)  4:     printf("child=%d\n",i); 5: else  6:     printf("parent=%d\n",i); 7: i=1; 8: pid=fork(); 9: if(pid==0) 10:     printf("child=%d\n",i);11: else 12:     printf("parent=%d\n",i);13: //当前进程结束

在详细解释之前，我们先假设运行这段代码的进程的pid为1。根据展开后的代码有如下分析。
1. 进程1运行到第2行时，就会通过fork()创建一个子进程，其pid为2。fork()的返回值也就是2。这时并不会立即调用进程2。
2. 进程1继续运行到第3行，判断到返回值不为0，则运行第6行，打印 parent=0
3. 进程1继续运行到第8行，又会通过fork()创建一个子进程，其pid为3。fork()的返回值也就是3。同样这里并不会立即调用进程3。
4. 进程1继续运行到第9行，判断到返回值不为0，则运行第12行，打印parent=1
5. 进程1结束。此时会触发前提3中的进程调度。这时，候补进程有2个，pid分别为2和3。需要注意的是，进程3创建时间晚于进程2，那么它的剩余时间就大于进程2，所以会先调用进程3。根据前提2中的描述，我们得知进程3从第9行开始运行，其返回值为0，则运行第10行，打印child=1
6. 进程3结束。此时会再次触发进程调度。这时只有进程2在等待，那么就调用进程2。由于进程2是在第2行中创建的，所以调用时就从第3行开始执行，返回值为0，继续运行第4行，打印child=0
7. 进程2继续执行，到第8行时，进程2会通过fork()创建一个子进程，如果之前死去的进程3并未被完全释放，那么pid会是4。
8. 进程2执行到第9行，判断返回值为4，那么执行第12行，打印parent=1
9. 进行2结束。然后继续出发进程调度，此时进行4在等待，那么调用进程4。从第9行开始执行，其返回值为0，则运行第10行，打印child=1

这里讨论的结果并未涉及到定时器中断导致的进程调度。如果程序运行时刚好遇到定时器中断，那么打印结果肯定是另一种。这要根据定时器中断触发的位置来进行分析。

刚好又看到一篇类似的面试题，链接如下：http://www.cnblogs.com/vanishfan/archive/2012/11/01/2750157.html
帖子中的问题在我讨论的基础上又加入了块设备的输出问题。