使用 fgets 读取输入会返回 C 中的重复行

Question

我正在尝试一些用于 shell 实现的 C 代码，发现在 fork 一个进程后， fgets() 返回重复的行，这是我无法理解的，我将非常感谢任何帮助。

我的问题是：分叉是否会更改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。

根据下面的答案 @Vadim Ponomarev 和我的理解： fgets() 不是线程安全的（或者严格来说，它是线程安全的，但是分叉​​一个进程会导致标准输入以某种方式初始化，从而导致共享文件偏移量的更改） ）。

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，并且通常有些行是重复的。但如果我删除该行

pid = fork()
...

然后输出就正常了（只是一一显示所有行，这意味着 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

可以编译的版本供参考：

#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

1. 已经提到父级和子级正在共享文件描述符 0 (stdin) 的当前位置

2. 似乎流的 libc 运行时初始化（stdin、stdout、stderr）包含一些更改当前 stdin 位置的内容：

   > 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
   

请注意子进程中的 lseek(0, -14, SEEK_CUR) (pid 29488)

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

4. 在示例中将 fgets() 更改为 read()

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

程序按预期运行（三行和 EOF）

5. 并再次运行 strace -f - 子进程中不再有 lseek() ！

6. 结论 - 似乎流函数（在 stdio.h 中声明）必须在多进程环境中非常谨慎地使用，因为它有很多副作用（如本例所示）