c - fork() 和 scanf() 如何协同工作？

Question

我试图看看如果我在使用 fork() 进行多个进程时从键盘读取内容会发生什么(在我的例子中有两个 child 和一个 parent )，我发现了以下问题:我需要告诉 parent 等待 child 的进程，否则程序行为异常。
我做了一项研究，发现问题出在 parent 身上，他需要等待 child 的进程结束，因为如果 parent 的进程以某种方式先结束，他会关闭 STDIN，对吗？但我还发现每个进程都有一份 STDIN，所以我的问题是:

为什么它以这种方式工作，为什么只有 parent 有 STDIN 的问题而 child 没有，我的意思是为什么如果 child 的进程先结束不影响 STDIN 但如果 parent 的进程先结束它会影响 STDIN？

• 这是我的测试:

  1. 我在没有 wait() 的情况下运行程序，在我输入一个数字后程序停止了，但随后我又按了两次 enter 并且出现了来自 printf() 的另外两条消息。

  2. 当我使用 wait() 运行程序时，一切正常，每个进程分别调用 scanf() 并读取不同的数字。

Answer 1

好吧，这里发生了很多事情。我将尝试逐步解释它。

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当您启动终端时，终端会创建一个路径为 /dev/pts/<some number> 的特殊文件.然后它启动您的 shell(在本例中为 bash)并链接 STDIN , STDOUT和 STDERR bash 过程到这个特殊文件。此文件称为特殊文件，因为它实际上并不存在于您的硬盘上。相反，无论你write对于这个文件，它直接进入终端，终端将它呈现在屏幕上。 (类似地，无论何时您尝试从此文件中输入 read，read 都会阻塞，直到有人在终端输入内容)。

现在，当您通过键入 ./main 启动您的程序时, bash 调用 fork函数以创建一个新进程。子进程exec是你的可执行文件，而父进程 wait s 让 child 终止。然后你的程序调用 fork两次，我们有三个进程试图读取它们的 STDIN s，即同一个文件/dev/pts/something . (请记住，调用 fork 和 exec 会分别复制和保留文件描述符)。

三个进程处于竞争状态。当您在终端输入内容时，三个进程之一将收到它(100 次中有 99 次是父进程，因为子进程在到达 scanf 语句之前必须做更多的工作)。

因此，父进程先打印数字并退出。等待父进程完成的 bash 进程恢复并 puts the STDIN into a so called "non-canonical" mode , 并调用 read为了读取下一个命令。现在，三个进程(Child1、Child2 和 bash)再次尝试读取 STDIN。

由于 children 尝试阅读 STDIN 的时间更长，因此下次您输入内容时，其中一个 child 将接收到该内容，而不是 bash。所以你想到打字，比方说，23 .但是哎呀!在您按下 2 之后 key ，你得到Your number is: 2 .你甚至没有按下 Enter 键!发生这种情况是因为这种所谓的“非规范”模式。我不会深入探讨那是什么以及为什么会这样。但是现在，为了让事情更简单，可以在 sh 上运行您的程序。而不是 bash , 自 sh不会将 STDIN 置于非规范模式。这将使图片清晰。

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长话短说

• 不，父进程关闭其 STDIN 并不意味着其子进程或其他进程将无法使用它。

• 您看到的奇怪行为是因为当父级退出时，bash将 pty(伪终端)置于非规范模式。如果你使用 sh相反，您不会看到该行为。如果你想有一个清晰的理解，请阅读伪终端和线路纪律。

• 一旦父进程退出，shell 进程就会恢复。

• 如果您使用 wait为了确保父级最后退出，您不会有任何问题，因为 shell 将无法与您的程序一起运行。

• 通常，bash 会确保没有两个前台进程同时从 STDIN 读取数据，因此您不会看到这种奇怪的行为。它通过将一个程序的 STDOUT 管道传输到另一个程序，或使一个进程成为后台进程来实现这一点。

  琐事:当后台进程尝试读取其 STDIN 时, 发送一个信号 SIGTTIN ，这会停止该过程。不过，这与这种情况并不相关。