当使用 fork() 时，getline() 会重复读取文件

我正在开发一个简单的 shell 程序，一个命令行解释器，我想从文件中逐行读取输入，所以我使用了 getline() 函数。第一次，程序工作正常，但是，当它到达文件末尾时，它没有终止，而是开始从头开始读取文件，并且无限运行。 下面是 main 函数中与 getline() 相关的一些代码：

int main(int argc,char *argv[]){
    int const IN_SIZE = 255;
    char *input = NULL;
    size_t len = IN_SIZE;
    // get file address
    fileAdr = argv[2];

    // open file
    srcFile = fopen(fileAdr, "r");

    if (srcFile == NULL) {
        printf("No such file!\n");
        exit(-1);
    }

    while (getline( &input, &len, srcFile) != -1) {
        strtok(input, "\n");
        printf("%s\n", input);
        // some code that parses input, firstArgs == input
        execSimpleCmd(firstArgs);            
    }
    fclose(srcFile);
}

我在程序中使用 fork() ，很可能它会导致这个问题。

void execSimpleCmd(char **cmdAndArgs) {

    pid_t pid = fork();
    if (pid < 0) {
        // error
        fprintf(stderr, "Fork Failed");
        exit(-1);
    } else if (pid == 0) {
        // child process
        if (execvp(cmdAndArgs[0], cmdAndArgs) < 0) {
            printf("There is no such command!\n");
        }
        exit(0);
    } else {
        // parent process
        wait(NULL);
        return;
    }
}

此外，有时程序会读取并打印多行的组合。例如，如果输入文件如下：

ping
ww    
ls
ls -l
pwd

它打印诸如 pwdg、pwdww 等内容。如何修复它？

看来关闭一个FILE在某些情况下，会将底层文件描述符返回到应用程序实际读取的位置，从而有效地消除读取缓冲的影响。这很重要，因为父级和子级的操作系统级别文件描述符指向相同的文件描述，特别是相同的文件偏移量。

The POSIX 描述fclose() http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799.2018edition/functions/fclose.html有这样一句话：

[CX] [Option Start] 如果文件尚未位于 EOF，并且该文件能够查找，底层打开文件描述的文件偏移量应设置为流的文件位置如果流是底层文件描述的活动句柄。

(Where CX 表示 ISO C 标准的扩展 http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799.2018edition/help/codes.html#CX, and exit()当然运行fclose()在所有流上。）

我可以用这个程序重现奇怪的行为（在 Debian 9.8 上）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(int argc, char *argv[]){
    FILE *f;
    if ((f = fopen("testfile", "r")) == NULL) {
        perror("fopen");
        exit(1);
    }

    int right = 0;
    if (argc > 1)
        right = 1;

    char *line = NULL;
    size_t len = 0;
    // first line 
    getline(&line, &len, f);
    printf("%s", line);

    pid_t p = fork();
    if (p == -1) {
        perror("fork");
    } else if (p == 0) {
        if (right)
            _exit(0);  // exit the child 
        else
            exit(0);   // wrong way to exit
    } else {
        wait(NULL);  // parent
    }

    // rest of the lines
    while (getline(&line, &len, f) > 0) {
        printf("%s", line);
    }

    fclose(f);
}

Then:

$ printf 'a\nb\nc\n' > testfile
$ gcc -Wall -o getline getline.c
$ ./get
getline   getline2  
$ ./getline
a
b
c
b
c

运行它strace -f ./getline清楚地显示孩子正在寻找文件描述符：

clone(child_stack=NULL, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7f63794e0710) = 25117
strace: Process 25117 attached
[pid 25116] wait4(-1,  <unfinished ...>
[pid 25117] lseek(3, -4, SEEK_CUR)      = 2
[pid 25117] exit_group(1)               = ?

（我没有看到使用不涉及分叉的代码进行寻回，但我不知道为什么。）

因此，主程序上的 C 库从文件中读取数据块，然后应用程序打印第一行。 fork之后，子进程退出，并查找fd回到应用程序级文件指针所在的位置。然后父级继续，处理读取缓冲区的其余部分，完成后，它继续从文件中读取。由于已查找文件描述符，因此从第二行开始的行再次可用。

在你的情况下，重复的fork()每次迭代似乎都会导致无限循环。

Using _exit()代替exit()在孩子身上解决了问题在这种情况下, since _exit()仅退出进程，它不会对 stdio 缓冲区执行任何操作。

With _exit()，任何输出缓冲区也不会被刷新，所以你需要调用fflush()手动开启stdout以及您正在写入的任何其他文件。

但是，如果您以相反的方式执行此操作，即子级读取和缓冲的内容多于其处理的内容，那么子级查找 fd 将很有用，以便父级可以从子级实际离开的位置继续。

另一个解决方案是不混合stdio with fork().