linux C进程 进程等待wait与waitpid函数

为什么要使用waitwaitpid函数:

编程过程中,有时需要让一个进程等待另一个进程,最常见的是父进程等待自己的子进程,或者父进程回收自己的子进程资源包括僵尸进程


1. 孤儿进程:父进程先于子进程结束,则子进程成为孤儿进程,子进程的父进程变为init进程 。

2. 僵尸进程:子进程终止了,父进程尚未回收子进程,子进程残留资源(PCB)存放于内核中,子进程变成僵尸(Zombie)进程。 

问:那为什么子进程要把PCB残留在内核里呢? 

答:因为子进程终止后,它会把终止信号等退出状态(不管正常终止还是异常终止都对应一个信号)保存在内核的PCB里面,只有这个子进程的父亲节调用wait或者waitpid获取这些退出状态,然后才会彻底清除掉这个子进程。如果父进程不调用wait或者waitpid,那么这个子进程就会成为僵尸进程。

问:什么方法可以清除掉一个僵尸进程。(附:kill命令清除不了僵尸进程的,因为kill命令只是用来终止进程的,而僵尸进程已经是终止的了

答:kill确实是直接清除不掉僵尸进程,但是我们可以kill掉僵尸进程的父进程,这样僵尸进程的父进程就变为init进程,init进程自然会调用wait或者waitpid清除这个僵尸进程。 

这里简单介绍一下系统调用函数:wait()

函数原型是


#include <sys/types.h>/* 提供类型pid_t的定义*/

#include <wait.h>

int wait(int *status)

函数功能是:父进程一旦调用了wait就立即阻塞自己,由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出,如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程,wait就会收集这个子进程的信息,并把它彻底销毁后返回;如果没有找到这样一个子进程,wait就会一直阻塞在这里,直到有一个出现为止。

注:

1 当父进程忘了用wait()函数等待已终止的子进程时,子进程就会进入一种无父进程的状态,此时子进程就是僵尸进程.

2 wait()要与fork()配套出现,如果在使用fork()之前调用wait(),wait()的返回值则为-1,正常情况下wait()的返回值为子进程的PID.

3 如果先终止父进程,子进程将继续正常进行,只是它将由init进程(PID 1)继承,当子进程终止时,init进程捕获这个状态.

4 参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态,它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉毫不在意,只想把这个僵尸进程消灭掉,(事实上绝大多数情况下,我们都会这样想),我们就可以设定这个参数为NULL,就像下面这样:

pid = wait(NULL);

如果成功,wait会返回被收集的子进程的进程ID,如果调用进程没有子进程,调用就会失败,此时wait返回-1,同时errno被置为ECHILD

如果参数status的值不是NULLwait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中, 这是一个整数值(int),指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的,以及正常结束时的返回值,或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息 被存放在一个整数的不同二进制位中,所以用常规的方法读取会非常麻烦,人们就设计了一套专门的宏(macro)来完成这项工作,下面我们来学习一下其中最常用的两个:

1WIFEXITED(status)这个宏用来指出子进程是否为正常退出的,如果是,它会返回一个非零值。

(请注意,虽然名字一样,这里的参数status并不同于wait唯一的参数指向整数的指针status,而是那个指针所指向的整数,切记不要搞混了。)

2WEXITSTATUS(status)WIFEXITED返回非零值时,我们可以用这个宏来提取子进程的返回值,如果子进程调用exit(5)退出,WEXITSTATUS(status)就会返回5;如果子进程调用exit(7)WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意,如果进程不是正常退出的,也就是说,WIFEXITED返回0,这个值就毫无意义。


waitpid系统调用在Linux函数库中的原型是:

#include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)
            


pid从本质上讲,系统调用waitpidwait的作用是完全相同的,但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pidoptions,从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数:

从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出,这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时,在这里有不同的意义。

下面对pid的不同取值情况的说明:

>0  表示回收指定ID的子进程

-1   表示回收任意子进程(相当于wait

0    表示回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程

<-1 表示回收指定进程组内的任意子进程,比如-6610表示回收进程组id6610的任意子进程

附:一次waitwaitpid调用只能清理掉一个子进程,清理多个子进程应该使用循环调用多次 。

Options

参数options提供了一些额外的选项来控制waitpid,参数option可以为0或可以用"|"运算符把它们连接起来使用,比如:
ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);
如果我们不想使用它们,也可以把options设为0,如:
ret=waitpid(-1,NULL,0);
WNOHANG pid指定的子进程没有结束,则waitpid()函数返回0,不予以等待。若结束,则返回该子进程的ID
WUNTRACED 若子进程进入暂停状态,则马上返回,但子进程的结束状态不予以理会。WIFSTOPPED(status)宏确定返回值是否对应与一个暂停子进程。

 返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些,一共有3种情况:

当正常返回的时候,waitpid返回收集到的子进程的进程ID

如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0

如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在;

pid所指示的子进程不存在,或此进程存在,但不是调用进程的子进程,waitpid就会出错返回,这时errno被设置为ECHILD


#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
main()
{
    pid_t pc, pr;
     
    pc=fork();
    if(pc<0)  /* 如果fork出错 */
        printf("Error occured on forking.\n");
    else if(pc==0)
    {  /* 如果是子进程 */
        sleep(4); /* 睡眠4秒 */
        exit(0);
    }
    /* 如果是父进程 */
    do
    {
        pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG参数,waitpid不会在这里等待 */
         if(pr==0)
         {   /* 如果没有收集到子进程 */
              printf("No child exited\n");
              sleep(1);
         }
    }while(pr==0);    /* 没有收集到子进程,就回去继续尝试 */

    if(pr==pc)
         printf("successfully release child %d\n", pr);
    else
        printf("some error occured\n");
}


编译并运行:

$ ./waitpid

            No child exited

            No child exited

            No child exited

            No child exited

            successfully release child 1426


父进程经过4次失败的尝试之后,终于收集到了退出的子进程。

因为这只是一个例子程序,不便写得太复杂,所以我们就让父进程和子进程分别睡眠了4秒钟和1秒钟,代表它们分别作了4秒钟和1秒钟的工作。父子进程都有工作要做,父进程利用工作的简短间歇察看子进程的是否退出,如退出就收集它.这样的话,既不影响父进程的工作,也可以消除僵尸进程.

 不管是 wait 还是waitpid函数都有个参数来反映子进程的结束状态,底下有几个宏可判别结束情况,参数当然是指针指向的那个:

WIFEXITEDstatus)如果子进程正常结束则为非0值。

WEXITSTATUSstatus)取得子进程exit()返回的结束代码,一 般会先用WIFEXITED来判断是否正常结束才能使用此宏。

 

WIFSIGNALEDstatus)如果子进程是因为信号而结束则此宏值为 真

WTERMSIGstatus) 取得子进程因信号而中止的信号代码,一般 会先用WIFSIGNALED来判断后才使用此宏。


WIFSTOPPEDstatus) 如果子进程处于暂停执行情况则此宏值为 真。一般只有使用WUNTRACED时才会有此情况。

WSTOPSIGstatus) 取得引发子进程暂停的信号代码,一般会先 用WIFSTOPPED来判断后才使用此宏。 返回值 如果执行成功则返回子进程识别码(PID),如果有错误发生则返回-1。失败原因存于errno中。

用法:

status传出参数保存着子进程的退出状态,下面对其说明如下:

if(WIFEXITED(status))
{
     //IFEXITED非0,进程正常退出
     printf("exited, status=%d\n", WEXITSTATUS(status));
}
else if(WIFSIGNALED(status))
{
    //IFSIGNALED非0,进程被某个信号异常终止
    printf("killed by signal %d\n", WTERMSIG(status));
}
else if(WIFSTOPPED(status))
{ 
    //IFSTOPPED非0,进程收到某个信号而暂停
   printf("stopped by signal %d\n", WSTOPSIG(status));
} 
else if(WIFCONTINUED(status)) 
{ 
    //IFCONTINUED非0,进程从暂停状态变为继续运行状态
    printf("continued\n");
} 


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