xv6/Linux fork与waitpid进程代码分析：系统调用与输出疑问

首先咱们把这段代码格式化一下，看起来更清晰：

int main() { 
    int count = 0; 
    int pid; 
    // 初始进程P0执行这个fork，产生子进程P1
    if ( !(pid=fork())) { 
        // 只有P1（第一个fork的子进程）会进入这个分支
        while (((count<2) && (pid=fork())) ) { 
            count++; 
            printf("%d",count); 
        } 
        if(count>0) { 
            printf("%d", count); 
        } 
    } 
    // 所有fork的父进程（pid非0时）会进入这个分支
    if (pid) { 
        waitpid(pid,NULL,0); 
        count = count<<1; 
        printf("%d", count); 
    } 
}

一、可能的输出分析 #

先拆解各进程的行为（记住：fork创建的子进程从fork()返回处继续执行，不是从main开头）：

1. P0（初始进程）：
   • 执行fork创建P1，自己进入if(pid)分支，等待P1结束后，打印0。
2. P1（P0的子进程）：
   • 进入第一个if分支，执行while循环：
     • 第一次循环：fork创建P2，count变为1，打印1。
     • 第二次循环：fork创建P3，count变为2，打印2。
   • 退出循环后，因为count>0，打印2。
   • 进入if(pid)分支，等待P3结束后，count左移1位变为4，打印4。
3. P2（P1的子进程）：
   • 从fork返回时pid=0，while条件不成立，退出循环；count=0，不打印任何内容，直接结束。
4. P3（P1的子进程）：
   • 从fork返回时pid=0，while条件不成立；count=1>0，打印1，然后结束。

调度器可以任意调度，但受waitpid的约束：

• P1必须等P3结束才能打印4
• P0必须等P1结束才能打印0
• P1内部的1、2、2是顺序打印的

所以可能的输出只有两种：

• 122140：P1先打完1、2、2，P3再打1，接着P1打4，最后P0打0
• 121240：P1打完1、2后，P3打1，P1再打2、4，最后P0打0

二、系统调用总次数统计 #

系统调用包括fork和waitpid两类：

1. fork调用：只有父进程会发起fork系统调用，总共3次：
   • P0调用1次（创建P1）
   • P1调用2次（创建P2、P3）
2. waitpid调用：只有pid非0的父进程会调用，总共2次：
   • P0调用1次（等待P1）
   • P1调用1次（等待P3）

加起来总共有 3+2=5次 系统调用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aleka