Linux：让你彻底理解进程等待

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进程等待必要性

• 之前讲过，子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
• 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法 杀死一个已经死去的进程。
• 最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如果子进程运行完成，结果对还是不对， 或者是否正常退出。
• 父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息

进程等待的方法

wait

pid_t wait(int* status);

返回值: 成功：返回被等待进程pid；失败：返回-1。
参数: 输出型参数，获取子进程退出状态,若不关心则可以设置成为NULL

作用：
阻塞等待任意一个子进程退出，获取子进程的返回值将其放到status指向的空间中，并释放子进程资源，返回退出子进程的pid

waitpid

pid_ t waitpid(pid_t pid, int* status, int options);

返回值:

• 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID（ > 0 ）
• 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

参数:

• pid:

  • pid = -1,等待任意一个子进程退出。与wait等效。
  • pid > 0.等待其进程ID与pid相等的子进程退出。

• status:（输出型参数）传入一个int空间的首地址，获取退出的子进程返回值

  • WIFEXITED(status): 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。(查看进程是否是正常退出)
  • WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。(查看进程的退出码)

• options:（选项参数）

  • 0 ：表示默认阻塞等待；
  • WNOHANG ：将waitpid设置为非阻塞（没有子进程已经退出的话就立即报错返回）若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID。

对比两种方法

wait 和 waitpid并不是只处理刚退出的进程，而是对已经退的进程进行处理（不管什么时候退出的）

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
• 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回。

wait(status) == waitpid(-1, status, 0)

对比阻塞与非阻塞

• 阻塞：为了完成一个功能，发起调用，若当前不具备完成条件，则等待，直到条件具备完成功能后调用返回
• 非阻塞：为了完成一个功能，发起调用，若当前不具备完成条件，则立即报错返回
  • 非阻塞操作相较于阻塞操作，对cpu利用更加充分，因为不再一直等待了，所以必须循环进行操作

阻塞与非阻塞的区别：调用是否立即返回

获取子进程status

• wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
• 如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。
• 否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。
• status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图(只研究status低16比特位):

status:输出型参数，传入一个int空间的首地址，获取退出的子进程返回值

返回值的获取

• 子进程退出的返回值只使用了一个字节保存，并且通过wait/waitpid函数的status返回给用户

• 然而status这个变量有4个字节（int 型），返回值起始保存在低16位中高8位

• 调用的时候，通过取地址（&status）

• 不能定义一个名status的指针：int* status — 定义了一个指针变量，有8个字节空间，存放的是另一块空间的地址
  

测试代码:
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

int main()
{
	pid_t pid;
	if ( (pid=fork()) == -1 ) 
		perror("fork"),exit(1);
		
    if ( pid == 0 ){
        sleep(20);
   		exit(10);
    } 
    else {
        int st;
        int ret = wait(&st);
        
		if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出 
			printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);
		} 
		else if( ret > 0 ) { // 异常退出 
			printf("sig code : %d\n", st&0X7F);
		}
	}
}

测试结果:
[root@localhost linux]# ./a.out #等20秒退出 
child exit code:10

具体代码实现

• 进程的阻塞等待方式:

int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    
    if(pid < 0){
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    } 
    else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(257);
    } 
    else{
        int status = 0;
		pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0);//阻塞式等待，等待5S 
		printf("this is test for wait\n");
		
		if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){
			printf("wait child 5s success, child return code is :%d.\n", WEXITSTATUS(status));
		}
		else{
			printf("wait child failed, return.\n"); 
			return 1;
		} 
	}
	return 0; 
}

运行结果:
apple@AppledeMacBook-Pro Linux % ./test
child is running
child is run, pid is : 32995
child is running
child is running
child is running
child is running
wait child 5s success, child return code is:1.

• 进程的非阻塞等待方式:

#include <stdio.h> 
#include <unistd.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <sys/wait.h>

int main() {
	pid_t pid;
    pid = fork();
    
    if(pid < 0){
        printf("%s fork error\n",__FUNCTION__);
        return 1;
    }
    else if( pid == 0 ){ //child
        printf("child is run, pid is : %d\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(1);
    } 
    else{
        int status = 0;
        pid_t ret = 0;
        
        do
        {
			ret = waitpid(-1, &status, WNOHANG);//非阻塞式等待 
			if( ret == 0 ){
                printf("child is running\n");
            }
            sleep(1);
        }while(ret == 0);
        
        if( WIFEXITED(status) && ret == pid ){
            printf("wait child 5s success, child return code is:%d.\n", WEXITSTATUS(status)); 
		}
		else{
			printf("wait child failed, return.\n");
			return 1; 
		}
	}
	return 0; 
}

测试结果：
apple@AppledeMacBook-Pro Linux % ./test
child is running
child is run, pid is : 32941
child is running
child is running
child is running
child is running
wait child 5s success, child return code is:1.

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