問題描述：分析下列代碼，分別能產生多少a?

//  1
for(int i=0; i<3; i++){
printf("a\n");
fork();
}// 2
for(int i=0; i<3; i++){
fork();
printf("a\n");
}// 3
for(int i=0; i<3; i++){
fork();
printf("a");
}
fflush(stdout);// 4
for(int i=0; i<3; i++){
printf("a");
fork();
}

分析：

【問題1】第0次循環：此時只有p0主進程，直接輸出a，然后執行fork();產生一個子進程p1；現在有一個a

? ? ? ? 第1次循環：此時有兩個進程p0,p1；都輸出一個a ，共兩個a；然后執行fork()；分別產生p2,p3，兩個子進程；目前終端輸出三個a，有四個進程p0,p1,p2,p3；

? ? ? ? 第2次循環：此時四個進程各輸出一個 a ；隨后產生四個進程，程序結束；終端上一共有1+2+4 = 7 個a。

【問題2】第0次循環：此時只有p0主進程，執行fork()，生成子進程p1，兩個進程各自在終端輸出一個a，此時終端共兩個a；

? ? ? ? 第1次循環：此時有p0,p1進程，執行fork()，生成子進程p2,p3,共四個進程，各自輸出一個a，此時終端共有 2+4 = 6 個a；

? ? ? ? 第2次循環：此時有p0,p1,p2,p3進程，執行fork()，生成四個子進程，共八個子進程，各自在終端輸出8個子進程，此時共有 2+ 4+8 = 14個a；

? ? ? ? 但是在終端上出現如下情況，原因為各進程間結束時間不一致，當主進程結束時，部分子進程還未結束，會繼續向終端輸出a；

?此時只要在for循環后加sleep()；等待進程全結束即可得到規整的輸出：

 void test2(){12     printf("[test2] 預測有 14個\n");13     for(int i=0;i<3;i++){14        fork();15         printf("[test2] : a\n");16     }17 18     sleep(1);                                                                               19 }   

?【問題3】（注：本題以及問題4涉及緩存相關知識）

? ? ? ? 第0次循環：主進程p0執行fork()后產生子進程p1，隨后執行滿緩存輸出，此時將a輸出當進程p0、p1的緩沖區中，并不直接輸出到終端（后兩次循環也是一樣）；

? ? ? ? 第1次循環：p0,p1執行fork()后產生p2,p3子進程，隨后執行printf()，將a輸出到各進程的緩沖區中，此時p0,p1,p2,p3中的緩沖區都存在兩個但還未輸出；

? ? ? ? 第2次循環：同理第1次循環，會產生四個子進程，共八個進程，隨后的printf()在各自的進程緩存空間中輸出a，當進程結束時，標準輸出會刷新緩存，將每個進程中的三個a輸出到終端；程序結束后，終端上會顯示 3*8 = 24個 a;

?若出現輸出在命令行之后的情況，原因同問題2，各個進程結束時間不一致導致，使用sleep()就可以解決。

【4】

? ? ? ? 第0次循環：主進程p0執行printf()后并未直接輸出，而是將a輸出到p0的緩存中。隨后執行fork()，產生的子進程p1會復制p0的用戶態地址空間；這里有個小知識點fork()采用寫時復制，在隨后對共享頁中i++時候才真正復制p0的棧堆數據等，此時才將p0中的緩存復制一份，這是區別與問題3的；問題3是在各自緩存中加了一個a，問題4是在父進程緩存中先加了一個a，隨后復制到各子進程（后兩次不作過多贅述，fork()寫時復制策略放在最后）；此時p0，p1緩存中各有一個a;

? ? ? ? 第1次循環：p0,p1執行printf()，將a輸出到各進程的緩沖區中,緩存中各自有兩個a，執行fork(),產生p2,p3,此時p0,p1,p2,p3中的緩沖區都存在兩個a但還未輸出；

? ? ? ? 第2次循環：同理上次循環，會產生四個子進程，共八個進程，并且在fork()前的printf()在各自的進程緩存空間中輸出a，各個進程緩存中存在3個a，當進程結束時，標準輸出會刷新緩存，將每個進程中的三個a輸出到終端；程序結束后，終端上會顯示 3*8 = 24個 a;

?

寫時復制

為了減少數據復制的開銷, 優化內存管理, fork采用是寫時復制（Copy-On-Write，簡稱COW）的策略。

1. 在fork()執行時，操作系統并不立即復制父進程的整個內存空間給子進程。操作系統使父進程和子進程暫時共享相同的物理內存頁。
2. 這些共享的頁面在內存中被標記為只讀。如果父進程或子進程嘗試寫入這些共享的頁面(以頁為單位)，操作系統會為發起寫操作的進程（父進程或子進程）分配一個新的物理內存頁, 并復制數據到這個頁。

寫時復制機制確保只有在必要時才復制數據頁，這極大地減少了內存使用和提高了效率。

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