Linux（十一）fork实例练习、文件操作示例及相关面试题目分享

一、fork实例练习

1、思考下面这段代码的打印结果是什么？

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main(){int i=0;for(;i<2;i++){fork();printf("A\n");}   exit(0);
}

所以一共打印6个A

2、将1中的\n去掉结果如何

 所以一共打印8个A

3、下面这段代码的打印结果是什么？

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main(){printf("A");    fork();exit(0);
}

所以打印2个A

4、将3中的代码改为printf("A\n"),打印结果是什么？

所以打印1个A

5、 下面代码的打印结果？

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main(){fork()||fork();printf("A\n");exit(0);
}

所以打印3个A

6、将5的fork()||fork()改为fork()&&fork()之后打印结果是什么？

所以打印3个A

7、把5、6中的\n去掉，是否影响结果？

因为是先fork,然后打印的时候放入缓冲区了,但是接着退出了,刷新缓冲区了,所以不影
响;

8、下面代码的打印结果？

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>int main()
{printf("A");write(1,"B",1);fork();exit(0);
}

所以打印BAA

9、1、2题先打印后fork()结果是什么？

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main(){int i=0;for(;i<2;i++){printf("A\n");fork();}   exit(0);
}

打印3个A

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main(){int i=0;for(;i<2;i++){printf("A");fork();}   exit(0);
}

打印8个A 

二、文件操作示例

1、打开一个文件并写入hello

 

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<assert.h>
#include<fcntl.h>int main(){int fd=open("file.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0600);assert(fd!=-1);printf("fd=%d\n",fd);write(fd,"hello",5);close(fd);exit(0);
}

2、打开文件，读取文件内容

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int fd=open("file.txt",O_RDONLY);assert(fd!=-1);char buff[128]={0};int num = read(fd,buff,127);printf("num=%d,buff=%s\n",num,buff);close(fd);exit(0);
}

3、利用读和写对文件进行复制

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>int main()
{int fdr=open("file.txt",O_RDONLY);int fdw=open("newfile.txt",O_WRONLY|O_CREAT,0600);if(fdr==-1||fdw==-1)exit(0);char buff[256]={0};int num=0;while((num=read(fdr,buff,256))>0){write(fdw,buff,num);}close(fdr);close(fdw);exit(0);
}

4、按照3中的要求实现cp命令

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<stdlib.h>int main(int argc,char *argv[])
{if(argc!=3){   printf("argc error!\n");}   char *file_name=argv[1];char *newfile_name = argv[2];int fdr=open(file_name,O_RDONLY);int fdw=open(newfile_name,O_WRONLY|O_CREAT,0600);if(fdr==-1||fdw==-1)exit(0);char buff[256]={0};int num=0;while((num=read(fdr,buff,256))>0){write(fdw,buff,num);}   close(fdr);close(fdw);exit(0);
}

三、面试题目分享

1、面试题目1

(1）fork以后,父进程打开的文件指针位置在子进程里面是否一样?(先open再fork)
(2)能否用代码简单的验证一下?
(3)先fork再打开文件父子进程是否共享偏移量?父进程打开的文件指针位置在子进程里面是否一样?能否用代码简单验证一下.(先fork再open会怎么样?)

首先，我们一起先学习一下文件的打开流程

inode:文件数据都储存在”块”中,那么很显然,我们还必须找到一个地方储存文件的元信息,比如文件的创建者、文件的创建日期、文件的大小等等。这种储存文件元信息的区域就叫做inode,中文译名为”索引节点”。

每一个文件都有对应的inode,里面包含了与该文件有关的一些信息。通过这个inode节点即通 过文件具体的一些信息,我们才能找到这个文件,读取它.

每个inode都有一个号码,操作系统用inode号码来识别不同的文件。

下面，和小编一起使用代码验证一下第(1)个问题吧

• 先创建一个file.txt，内容为abcdefg

•  通过以下代码观察结果

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<assert.h>int main()
{int fd=open("file.txt",O_RDONLY);assert(fd!=-1);pid_t pid=fork();assert(pid!=-1);if(pid==0){   char buff[128]={0};int n=read(fd,buff,1);printf("child:%s\n",buff);sleep(1);n=read(fd,buff,1);printf("child:%s\n",buff);}   else{   char buff[128]={0};int n=read(fd,buff,1);printf("parent:%s\n",buff);sleep(1);n=read(fd,buff,1);printf("parent:%s\n",buff);}close(fd);exit(0);}

 

通过运行截图，我们可以发现，虽然每次结果可能有不同，但都是父进程输出a，子进程输出b，c和d则有时候父进程有时候子进程输出。

这是因为父进程打开文件以后,fork产生子进程,父子进程共享打开的文件,同时共享文件偏移量;也就是下面这个图片描述的过程。

那如果我们先fork再open又会怎样呢？

我们简单修改一下代码

pid_t pid = fork();
assert(pid!=-1);int fd = open("file.txt",O_RDONLY);
assert(fd!=-1);

大家可以发现结果和上面不同了，这是因为先fork再打开文件，父子进程各自打开各自的，不共享偏移量；

 2、面试题目2

(1)系统调用和库函数的区别

        自己写的函数,调用的时候就是调换到函数的入口地址一句一句执行,但是系统调用就不一样,系统调用一旦执行,我们就需要从用户空间切换到内核空间。

例如：fopen：库函数

open：系统调用（这里输入的命令：man 2 open）

fork：系统调用

        系统调用是为了方便使用操作系统的接口，而库函数则是为了人们编程的方便；库函数调用与系统无关,不同的系统,调用库函数,库函数会调用不同的底层函数实现,因此可移植性好;

        在Linux中,每个系统调用都被赋予了一个系统调用号。这样,通过这个独一无二的号就可以关联系统调用。当用户空间的进程执行一个系统调用的时候，这个系统调用号就用来指明到底是要执行哪个系统调用号；进程并不会提及系统调用的名称。

        下图就是系统调用的执行过程：

(2)malloc和free的三个问题

• 申请了一块空间没有free,进程就结束了,那么空间被回收了吗?

• malloc()申请3G的内存能否成功?判断依据是什么?

• 父进程堆区申请的空间复制后,子进程也会有一份,也需要释放?

首先，我们来回答第一个问题：

        进程在执行过程中，malloc申请空间，不使用时，没有free就会出现内存泄漏；如果进程结束了，那么所有向操作系统申请的内存都会被回放（释放）；

我们接下来看第二个问题：

        我们可以先来思考申请1G的空间到底能不能成功，如果当前的物理内存剩余空间够用,那么申请的空间肯定能成功；如果不够用,我们先要看有没有虚拟内存,如果没有,不能成功;如果有虚拟内存,那么我们看内存+虚拟空间的大小能否满足,如果满足,那么我们是可以申请成功的,如果不够,当然
不能成功；

        在这里出现了一个名词——虚拟空间，也就是虚拟内存。基于分页技术或者分页和分段技术的组合的虚拟内存，是现代计算机中内存管理最常用的方法之一。虚拟内存对应用程序完全透明，使得每个进程在执行时好像有无限的内存可用。为实现这一点，操作系统为每个进程在磁盘上创建一块虚拟地址空间，即虚拟内存。在需要的时候可以把部分虚拟内存载入到正在的内存中这样，多个进程便可以共享相对比较小的内存。为了使虚拟内存载入到真正的内存中。这样，多个进程便可以共享相对比较小的内存。为了使虚拟内存更为有效，需要硬件机制来执行基本的分页和分段功能，如虚拟地址和实地址之间的地址转换。

        虚拟内存提供的三个重要能力:

1)它将主存看成是一个存储在磁盘上的地址空间的高速缓存，在主存中只保存活动区域，根据需要在磁盘和主存之间来回传送数据，使得能够运行比内存大的多的进程。
2)它为每个进程提供了一致的地址空间,从而简化了存储器管理。
3)它保护每个进程的地址空间不被其他进程破坏。

下面这个是演示的代码，由于我们想要看的是内存的动态变化，小编不好截图，大家可以自己尝试一下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>
#include<string.h>int main(){char *s = (char*)malloc(1024*1024*1024*3);assert(s!=NULL);memset(s,0,1024*1024*1024*3);printf("main over!\n");exit(0);
}

        大家可以通过下图找到系统监视器， 看到内存和交换空间这里就可以通过代码动态观察内存使用了。

        这里给大家分享两个命令：

        sudo swapoff -a;关闭虚拟内存       sudo swapon -a;开启虚拟内存 

通过这两个命令，大家也可以看看有无虚拟内存的情况下能否运行成功。

最后是第三个问题：

        我们可以通过下面的代码能否正常运行进行观察

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<assert.h>int main(){char *s = (char*)malloc(128);assert(s!=NULL);pid_t pid = fork();assert(pid!=-1);free(s);exit(0);
}

        在这里，编译运行没有出错， 如果是共享空间的话，那么父子进程会对一个空间分别free，我们通过C语言可以知道，如果我们对一个空间free两次，编译运行会出现错误。所以父子进程堆空间不共享(这里指的是每个进程的堆空间)，哪怕父子进程对申请的对空间都没有操作。

        所以这个问题的结论就是：父进程堆区申请的空间复制后，子进程也有一份，也需要释放；也就是说，fork会把进程的上下文都复制一遍，如果是malloc申请的话，内核会给子进程分配和父进程一样多的空间，父子进程都需要分别free。

【小编有话说】

        本次内容就要结束啦，这篇文章的内容基本就是前面学习内容的实操，希望大家不要光看小编自己写，大家一定要跟着一起完成呀！！！

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