Чому програма з fork () іноді друкує свій вихід кілька разів?

У програмі 1 Hello worldнадрукується лише один раз, але коли я виймаю \nі запускаю (програма 2), вихід надрукується 8 разів. Може хтось, будь ласка, пояснить мені значення \nтут і як це впливає на fork()?

Програма 1

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

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

Вихід 1:

hello world... 

Програма 2

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

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

Вихід 2:

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

При виведенні на стандартний вихід за допомогою функції бібліотеки С printf(), вихід зазвичай буферний. Буфер не змивається, поки ви не виведете новий рядок, не зателефонуєте fflush(stdout)або не вийдете з програми ( _exit()хоча не через дзвінки ). Стандартний вихідний потік за замовчуванням буферний таким чином, коли він підключений до TTY.

Коли ви роздвоюєте процес у "Програмі 2", дочірні процеси успадковують кожну частину батьківського процесу, включаючи незамкнутий вихідний буфер. Це ефективно копіює незапущений буфер до кожного дочірнього процесу.

Коли процес закінчується, буфери промиваються. Ви запускаєте загальну кількість восьми процесів (включаючи оригінальний процес), і незамкнений буфер буде очищений після закінчення кожного окремого процесу.

Це вісім, тому що на кожен fork()ви отримуєте вдвічі більше процесів, які ви мали до цього fork()(оскільки вони є безумовними), і у вас є три (2 ³ = 8).

Це ніяк не впливає на вилку.

У першому випадку ви закінчуєте 8 процесів, нічого не потрібно писати, тому що вихідний буфер вже випорожнений (із-за \n).

У другому випадку у вас ще є 8 процесів, кожен з яких має буфер, що містить "Hello world ...", а буфер записується в кінці процесу.

@Kusalananda пояснив, чому вихід повторюється . Якщо вам цікаво, чому результат повторюється 8 разів, а не лише 4 рази (базова програма + 3 вилки):

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
}

Тут важливим є той факт, що stdoutдля встановлення за замовчуванням необхідна лінія, яка буде забудована стандартом.

Це призводить \nдо змивання виводу.

Оскільки другий приклад не містить нового рядка, вихід не розмивається і, як fork()копіює весь процес, він також копіює стан stdoutбуфера.

Тепер ці fork()виклики у вашому прикладі створюють загалом 8 процесів - усі вони мають копію стану stdoutбуфера.

За визначенням, всі ці процеси викликають exit()при поверненні з main()та exit()виклики, fflush()за якими слідують fclose()усі активні потоки stdio . Це включає stdoutі, як результат, ви бачите один і той же вміст вісім разів.

Доцільно зателефонувати fflush()в усі потоки з очікуванням виходу перед викликом fork()або дозволити виклику дочірнього дзвінка чітко _exit()виходити з процесу лише без змивання потоків stdio.

Зауважте, що виклик exec()не змиває буфери stdio, тому добре, щоб ви не піклувалися про буфери stdio, якщо ви (після виклику fork()) дзвоните exec()та (якщо це не вдається) дзвонити _exit().

BTW: Щоб зрозуміти, що неправильне буферизація може спричинити, ось колишня помилка в Linux, яку нещодавно виправили:

Стандарт вимагає stderrрозблокувати за замовчуванням, але Linux проігнорував це і зробив stderrбуферизовану лінію та (ще гірше) повністю буферизовану у випадку, якщо stderr був перенаправлений через трубу. Тому програми, написані для UNIX, надто пізно виводили матеріали без нового рядка в Linux.

Дивіться коментар нижче, здається, виправлено зараз.

Це те, що я роблю, щоб вирішити цю проблему Linux:

    /* 
     * 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); 

Цей код не шкодить на інших платформах, оскільки виклик fflush()потоку, щойно розмитого, є noop.