在 C 中使用 fgets returns 重复行读取输入

Question

我正在尝试使用一些 C 代码来实现 shell 并发现 fgets() returns 在我 fork 一个进程后重复的行，我无法理解，我将不胜感激任何帮助。

我的问题是：分叉是否会改变父进程中任何打开文件的偏移量？这似乎发生在我的程序中。

来自下面@Vadim Ponomarev 的回答和我的理解： fgets() 不是线程安全的（或者严格来说，它是，但是分叉一个进程会导致 stdin 以某种方式被初始化，从而导致共享文件偏移量的变化）。

代码如下：

int main() {

  char buf[200];
  int r;
  pid_t pid = 0;

  while(getcmd(buf, 200, pid) >= 0) {
    fprintf(stderr, "current pid: %d\n", getpid());
    pid = fork();
    // Without forking the fgets() reads all lines normally
    if(pid == 0)
      exit(0);

    wait(&r);
  }

  return 0;
}

getcmd() 函数只是一个包装器：

int
getcmd(char *buf, int nbuf, pid_t pid)
{
  memset(buf, 0, nbuf);
  if (fgets(buf, nbuf, stdin) == NULL) {
    fprintf(stderr, "EOF !!!\n");
    return -1;
  }
  fprintf(stderr, "pid: %d -- getcmd buf ======= --> %s\n", getpid(), buf);
  return 0;
}

我还有一个输入文件 temp，其中包含一些随机文本：

line 1
line 2
line 3

编译后，我运行 a.out < temp，输出显示打印了6行，通常有些行是重复的。但是如果我删除行

pid = fork()
...

然后输出就正常了（只是把所有的行都一行一行的显示出来，也就是说fgets()被调用了3次）

知道出了什么问题吗？

输出（这就是得到的）：

pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line1

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line2

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line3

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line2

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line3

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line3

current pid: 10361
EOF !!!

我希望看到这个：

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line1

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line2

current pid: 10361
pid: 10361 -- getcmd buf ======= --> line3

EOF

可供参考的编译版本：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <wait.h>
#include <zconf.h>
#include <unistd.h>
#include <memory.h>

int
getcmd(char *buf, int nbuf, pid_t pid)
{
  memset(buf, 0, nbuf);
  if (fgets(buf, nbuf, stdin) == NULL) {
    fprintf(stderr, "EOF !!!\n");
    return -1;
  }
  fprintf(stderr, "pid: %d -- getcmd buf ======= --> %s\n", getpid(), buf);
  return 0;
}

int main() {

  char buf[200];
  int r;
  pid_t pid = 0;

  while(getcmd(buf, 200, pid) >= 0) {
    fprintf(stderr, "current pid: %d\n", getpid());
    pid = fork();
    // Without forking the fgets() reads all lines normally
    if(pid == 0)
      exit(0);

    wait(&r);
  }

  return 0;
}

谢谢！

Answer 1

已经提到父子正在共享文件描述符 0 (stdin) 的当前位置

似乎 libc 运行流（stdin、stdout、stderr）的时间初始化包含一些改变当前 stdin 位置的东西：

> strace -f ./a.out < temp 2>&1 | less
....
write(2, "pid: 29487 -- getcmd buf ======="..., 45pid: 29487 -- getcmd buf ======= --> line 1
clone(child_stack=0,flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD,child_tidptr=0x7f34940f19d0) = 29488
Process 29488 attached
[pid 29487] wait4(-1,  <unfinished ...>
[pid 29488] lseek(0, -14, SEEK_CUR)     = 7
[pid 29488] exit_group(0)               = ?
[pid 29488] +++ exited with 0 +++
<... wait4 resumed> [{WIFEXITED(s) && WEXITSTATUS(s) == 0}], 0, NULL) = 29488

请注意 child (pid 29488) 中的 lseek(0, -14, SEEK_CUR)

结果在我的环境下（openSUSE Leap 42.2，glibc-2.22-4.3.1）程序无限循环，根本没有EOF

将示例中的 fgets() 更改为 read()

....
if (read(0, buf, nbuf) == 0) {
....
while(getcmd(buf, 7, pid) >= 0) {
....

并按预期编写运行s（三行和 EOF）

和运行 strace -f 再次 - child 中不再有 lseek()！
结论 - 似乎流函数（在 stdio.h 中声明）在多进程环境中必须非常谨慎地使用，因为有很多副作用（如本例中）

Answer 2

我从 this thread 中找到了使用 fgets() 的解决方案，它讨论了同样的问题，tldr：

exit flushes the stdio buffers in the child. ... For more details here is the link corresponding to the POSIX reference, chapter 2.5.1:

http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007904875/functions/xsh_chap02_05.html

The behaviour is therefore undefined, and thus is allowed to change between glibc 2.19 and 2.24.

修复：

As written the above link, two solutions are possible to fix the code:

if(fork() == 0) { fclose(fd); exit(1); }

or

if(fork() == 0) { _exit(1); }

在 C 中使用 fgets returns 重复行读取输入

Reading input using fgets returns duplicate lines in C

c

io

shell

process

fgets