了解C语言中的wait()系统调用

文章目录

- - - - wait()
      - WIF宏
      - waitpid()
      - 参考文档

（根据参考文档翻译整理而成，原文有修改）

wait()

对 wait() 的调用会阻止调用进程，直到它的一个子进程退出或收到信号为止。子进程终止后，父进程在wait系统调用指令后继续执行。
子进程可能由于以下原因而终止：

调用exit()；
接收到main进程的return值；
接收一个信号（来自操作系统或另一个进程），该信号的默认操作是终止。

语法：
// 获取子进程退出状态并返回死掉的子进程ID 
pid_t wait(int *stat_loc);

如果任何进程有多个子进程，则在调用 wait() 之后，如果没有子进程终止，则父进程必须处于wait状态。
如果只有一个子进程被终止，那么 wait() 返回被终止的子进程的进程ID。
如果多个子进程被终止，那么 wait() 将获取任意子进程并返回该子进程的进程ID。
wait的目的之一是通知父进程子进程结束运行了，它的第二个目的是告诉父进程子进程是如何结束的。wait返回结束的子进程的PID给父进程。父进程如何知道子进程是以何种方式退出的呢？
答案在传给wait的参数之中。父进程调用wait时传一个整型变量地址给函数。内核将子进程的退出状态保存在这个变量中。如果子进程调用exit退出，那么内核把exit的返回值存放到这个整数变量中；如果进程是被杀死的，那么内核将信号序号存放在这个变量中。这个整数由3部分组成，8个bit记录子进程exit值，7个bit记录信号序号，另一个bit用来指明发生错误并产生了内核映像（core dump）。
如果进程没有子进程，那么 wait() 返回“-1”。
示例：

// C program to demonstrate working of wait() 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    
    
    pid_t cpid;
    int status;
    int high_8, low_7, bit_7;

    if (fork()== 0)
    {
    
       
        printf("this is child process, the id is %d\n", getpid());
        exit(18);                                       /* terminate child */
    }
    else
    {
    
    
        printf("status is %d\n", status);
        cpid = wait(&status);                           /* reaping parent */
        high_8 = status >> 8;                           /* 1111 1111 0000 0000 */
        low_7  = status & 0x7F;                         /* 0000 0000 0111 1111 */
        bit_7  = status & 0x80;                         /* 0000 0000 1000 0000 */

        printf("status is %d\n", status);
        printf("high_8 is %d, low_7 is %d, bit_7 is %d\n", high_8, low_7, bit_7);
    }
    printf("Parent pid = %d\n", getpid()); 
    printf("Child pid = %d\n", cpid); 
  
    return 0; 
}

输出：

status is 0
this is child process, the id is 5412
status is 4608
high_8 is 18, low_7 is 0, bit_7 is 0
Parent pid = 5411
Child pid = 5412

在本例中，wait() 将子进程的退出状态存储到status变量中，4608的二进制格式为0001 0010 0000 0000，前8位用10进制表示为18，也就是子进程exit的值。

WIF宏

wait报告的子进程的状态信息不仅仅是子进程的退出状态，也包括：

正常/异常终止
终止原因
退出状态

有关状态的信息，请使用WIF….系列的宏。

WIFEXITED(status)：子级正常退出
WEXITSTATUS(status)：子级退出时的返回代码
WIFSIGNALED(status)：子级异常退出
WTERMSIG(status)：给出终止信号的代码
WIFSTOPPED(status)：子级被暂停。
WSTOPSIG(status)：给出暂停信号的代码。

/*if we want to prints information about a signal */
void psignal(unsigned sig, const char *s);

示例：

// C program to demonstrate working of wait() 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
    
    
    pid_t cpid;
    int status;
    int high_8, low_7, bit_7;

    if (fork()== 0)
    {
    
       
        printf("this is child process, the id is %d\n", getpid());      
        exit(18);                                       /* terminate child */
    }
    else
    {
    
    
        printf("status is %d\n", status);
        cpid = wait(&status);                           /* reaping parent */
        high_8 = status >> 8;                           /* 1111 1111 0000 0000 */
        low_7  = status & 0x7F;                         /* 0000 0000 0111 1111 */
        bit_7  = status & 0x80;                         /* 0000 0000 1000 0000 */

        printf("status is %d\n", status);
        printf("high_8 is %d, low_7 is %d, bit_7 is %d\n", high_8, low_7, bit_7);
        if (WIFEXITED(status))
                printf("the child process exit status is %d\n", WEXITSTATUS(status));
        else if (WIFSIGNALED(status))
                psignal(WTERMSIG(status), "Exit signal");
    }
    printf("Parent pid = %d\n", getpid()); 
    printf("Child pid = %d\n", cpid); 
  
    return 0; 
}

输出：

status is 0
this is child process, the id is 2997
status is 4608
high_8 is 18, low_7 is 0, bit_7 is 0
the child process exit status is 18
Parent pid = 2996
Child pid = 2997

在上一个示例的基础上进行修改，可以看到，WEXITSTATUS(status) 的值就是子进程exit的值18，WEXITSTATUS() 简化了high_8的实现。

waitpid()

我们知道如果有多个子进程被终止，那么 wait() 将收获任意子进程，但是如果我们想收获任何特定的子进程，我们将使用 waitpid() 函数。

语法：
pid_t waitpid (child_pid, &status, options);

options参数：

如果options为0表示没有选项，则父级必须等待子级终止；
如果options为WNOHANG，表示如果子进程不终止，父进程不等待，只需检查并返回waitpid() 。（不阻塞父进程）
如果child_pid为 -1，则表示任意子级，这里的 waitpid() 工作方式与 wait() 工作方式相同。

waitpid() 的返回值：

如果子级退出，返回子级的pid
如果使用 WNOHANG或子级未退出，返回0。

// C program to demonstrate waitpid() 
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>

void waitexample()
{
    
    
    int i, stat;
    pid_t pid[5];
    for (i=0; i<5; i++)
    {
    
    
        if ((pid[i] = fork()) == 0)
        {
    
    
            sleep(1);  
            printf("pid is %d\n", getpid());
            exit(100 + i); 
        } 
        else
        {
    
    
            printf("i is %d, the pid[i] is %d, mypid is %d\n", i, pid[i], getpid());
        }
    } 
  
    // Using waitpid() and printing exit status 
    // of children. 
    for (i=0; i<5; i++) 
    {
    
     
        pid_t cpid = waitpid(pid[i], &stat, 0); 
        if (WIFEXITED(stat)) 
            printf("Child %d terminated with status: %d\n", 
                   cpid, WEXITSTATUS(stat)); 
    } 
} 
  
// Driver code 
int main() 
{
    
     
    waitexample(); 
    return 0; 
}

输出：

i is 0, the pid[i] is 3554, mypid is 3553
i is 1, the pid[i] is 3555, mypid is 3553
i is 2, the pid[i] is 3556, mypid is 3553
i is 3, the pid[i] is 3557, mypid is 3553
i is 4, the pid[i] is 3558, mypid is 3553
pid is 3558
pid is 3557
pid is 3554
Child 3554 terminated with status: 100
pid is 3556
pid is 3555
Child 3555 terminated with status: 101
Child 3556 terminated with status: 102
Child 3557 terminated with status: 103
Child 3558 terminated with status: 104

由输出可知，父进程3553创建了5个子进程，并等待子进程运行结束后退出，其中子进程执行顺序是随机的。

参考文档

[1]Kadam Patel.Wait System Call in C[EB/OL].https://www.geeksforgeeks.org/wait-system-call-c/,2019-11-01.