Linux x86-64 fork 系统调用对 C 标准 libc 文件 I/O 的奇怪行为关键字：fork、fclose、linux 案例 1案例 2什么是错误？案例2确认我目前的猜测：注意：test1.c 和 test2.c 的区别仅在于子进程中的 fclose test2.c 不会在子进程中调用 fclose文件 test.txt文件 test1.c文件 test2.c在 Linux 5.4.0-58-generic 上运行发生错误的地方看看test2执行bug

分类：编程问答

如何解决Linux x86-64 fork 系统调用对 C 标准 libc 文件 I/O 的奇怪行为关键字：fork、fclose、linux 案例 1案例 2什么是错误？案例2确认我目前的猜测：注意：test1.c 和 test2.c 的区别仅在于子进程中的 fclose test2.c 不会在子进程中调用 fclose文件 test.txt文件 test1.c文件 test2.c在 Linux 5.4.0-58-generic 上运行发生错误的地方看看test2执行bug

故事

我尝试在 Linux 上诊断用 C 编写的应用程序中的错误。事实证明，该错误是由于 fclose 句柄在父进程中仍处于打开状态时在子进程中忘记 FILE * 引起的。

文件操作只有read。没有写操作。

案例 1

应用程序正在 Linux 5.4.0-58-generic 上运行。在这种情况下，发生了错误。

案例 2

应用程序正在 Linux 5.10.0-051000-generic 上运行。在这种情况下，没有错误，这正是我所期望的。

什么是错误？

如果子进程中没有 fork，父进程会随机执行 fclose 次系统调用。

案例2确认

我完全知道忘记 fclose 会导致内存泄漏，但是：

  • 我认为，只是在这种情况下，并不是绝对必要的，因为子进程会尽快退出，而我使用的退出是exit(3)而不是{ {1}}。
  • 奇怪的是，为什么子进程中的忘记 _exit(2)会影响父进程？

我目前的猜测：

这是一个 Linux 内核错误，已在 fclose 之后的版本中修复。然而我没有证据，但我的测试证明了这一点。

问题

我已经能够通过在子进程退出之前调用 5.4 来修复此应用程序错误。但是，我想知道在这种情况下实际发生了什么。所以我的问题是为什么在子进程中忘记 fclose 会影响父进程？

重现问题的非常简单的代码（附上 3 个文件）。

注意：test1.c 和 test2.c 的区别仅在于子进程中的 fclose。 test2.c 不会在子进程中调用 fclose。

文件 test.txt

fclose

文件 test1.c

123123123
123123123
123123123
123123123
123123123
123123123

文件 test2.c

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#define TICK do { putchar('.'); fflush(stdout); } while(0)
int main() {
  char buff[1024] = {0};
  FILE *handle = fopen("test.txt","r");

  uint32_t num_of_forks = 0;

  while (fgets(buff,1024,handle) != NULL) {

    TICK;
    num_of_forks++;

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
      printf("Fork error: %s\n",strerror(errno));
      continue;
    }

    if (pid == 0) {
      fclose(handle);
      exit(0);
    }
  }

  fclose(handle);
  putchar('\n');
  printf("Number of forks: %d\n",num_of_forks);
  wait(NULL);
}

运行程序

在 Linux 5.4.0-58-generic 上运行（发生错误的地方）

看看test2执行（bug），它导致fork syscall的随机数。

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>
#define TICK do { putchar('.'); fflush(stdout); } while(0)
int main() {
  char buff[1024] = {0};
  FILE *handle = fopen("test.txt",strerror(errno));
      continue;
    }

    if (pid == 0) {
      // fclose(handle);
      exit(0);
    }
  }

  fclose(handle);
  putchar('\n');
  printf("Number of forks: %d\n",num_of_forks);
  wait(NULL);
}

在 Linux 5.10.0-051000-generic 上运行（相同的代码，完全没有错误）

ammarfaizi2@integral:/tmp$ uname -r
5.4.0-58-generic
ammarfaizi2@integral:/tmp$ gcc --version
gcc (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation,Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.

ammarfaizi2@integral:/tmp$ ldd --version
ldd (Ubuntu GLIBC 2.31-0ubuntu9.1) 2.31
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation,Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
Written by Roland McGrath and Ulrich Drepper.
ammarfaizi2@integral:/tmp$ cat test.txt
123123123
123123123
123123123
123123123
123123123
123123123
ammarfaizi2@integral:/tmp$ diff test1.c test2.c
27c27
<       fclose(handle);
---
>       // fclose(handle);
ammarfaizi2@integral:/tmp$ gcc test1.c -o test1 && gcc test2.c -o test2
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test1
......
Number of forks: 6
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test1
......
Number of forks: 6
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test1
......
Number of forks: 6
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test2
..................................................................................................................................................................................
Number of forks: 178
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test2
............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Number of forks: 348
ammarfaizi2@integral:/tmp$ ./test2
...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Number of forks: 475
ammarfaizi2@integral:/tmp$ md5sum test1 test2
c32d03916b9b72546b966223837fd115  test1
f314d2135092362288a66f53b37ffa4d  test2

总结

  • 忘记 root@esteh:/tmp# uname -r 5.10.0-051000-generic root@esteh:/tmp# gcc --version gcc (Ubuntu 9.3.0-17ubuntu1~20.04) 9.3.0 Copyright (C) 2019 Free Software Foundation,Inc. This is free software; see the source for copying conditions. There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. root@esteh:/tmp# ldd --version ldd (Ubuntu GLIBC 2.31-0ubuntu9.1) 2.31 Copyright (C) 2020 Free Software Foundation,Inc. This is free software; see the source for copying conditions. There is NO warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. Written by Roland McGrath and Ulrich Drepper. root@esteh:/tmp# cat test.txt 123123123 123123123 123123123 123123123 123123123 123123123 root@esteh:/tmp# diff test1.c test2.c 27c27 < fclose(handle); --- > // fclose(handle); root@esteh:/tmp# gcc test1.c -o test1 && gcc test2.c -o test2 root@esteh:/tmp# ./test1 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# ./test1 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# ./test1 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# ./test2 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# ./test2 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# ./test2 ...... Number of forks: 6 root@esteh:/tmp# md5sum test1 test2 # Make sure the files are identical with case 1 c32d03916b9b72546b966223837fd115 test1 f314d2135092362288a66f53b37ffa4d test2 上的子进程中的 fclose 会导致父进程中的 fork 系统调用变得奇怪。
  • 该错误似乎不存在于 Linux 5.4.0-58-generic。

解决方法

感谢@Jonathan Leffler！

此问题与 Why does forking my process cause the file to be read infinitely

重复

缺失的知识，为什么在Linux 5.10.0-051000-generic上没有出现这个bug，原来与内核无关。

原来是父进程与子进程竞争（与内核无关）。

  • 注意：如果句柄是由父进程创建的，那么从子进程更改文件句柄的偏移量也会改变父进程中的偏移量 >.
  • 如果子进程中没有 fclose(3)，子进程会在调用 lseek(2) 后立即调用 exit(3)。这将导致父级重新读取相同的偏移量，因为子级使用负偏移量 + lseek(2) 调用 SEEK_CUR。

（我不知道为什么要在退出前调用 lseek(2)，可能在@Jonathan Leffler 的回答中已经解释过了，我没有仔细阅读整个答案）。

  • 如果父级在子级调用 lseek(2) 之前完成读取整个文件。那么就完全没有问题了。

此外，正如@iBug 所提到的但请记住，除非您实施某种“同步”，否则进程调度可能会使结果不可预测。

我使用的 Linux 5.10.0-051000-generic 机器上的父进程只是一个幸运进程，它总是在孩子调用 lseek(2) 之前先读取整个文件。

我尝试向文件中添加更多行（为 150 行），因此父级通常会比读取 6 行慢，并且会发生未定义行为。

测试结果：https://gist.githubusercontent.com/ammarfaizi2/b72bd03fcc13779f96b8bbeef9253e66/raw/da1eff4ed5434aa51929e5c810d54de8ffe15548/test2_fix.txt

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