Linux - 进程控制(进程等待)

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,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

通过man手册进程查看

man 2 wait

wait()函数

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
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,不关心则可以设置成为NULL

下面测试一下wait()函数

接下来观察下进程状态,首先运行

 while :; do ps axj | head -1 && ps ajx | grep mytest | grep -v grep; sleep 1; echo "----------------"; done

接下来执行程序

执行程序的同时查看进程状态

这样观察不到现象,代码改进一下

waitpid()函数

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;
    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,等待任一个子进程。与wait等效。
     Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。
   status:
     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:
      WNOHANG: 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。
1.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。
2.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。
3.如果不存在该子进程,则立即出错返回。

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):

下面是获取退出码

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        int cnt = 5;
        while (cnt)
        {
            printf("我是子进程,我还活着呢,我还有%dS,pid:%d,ppid:%d\n", cnt--, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
        exit(107);
    }
    // 父进程
    int status = 0;
    pid_t ret_id = waitpid(id, &status, 0);
    printf("我是父进程,等待子进程成功,pid:%d,ppid:%d,ret_id:%d,child exit code:%d\n", getpid(), getppid(), ret_id, (status >> 8) & 0xFF);
    return 0;
}

其中status>>8&0xff获得整型值

下面是获取异常信号码

获取异常信号status&0x7f得出整型值

退出码为0,我们制造一个异常,在查看异常信号

我们继续改下程序,使程序无限循环

死循环也可以杀掉进程。

父进程在等待子进程的时候,也可以做别的事情

如果子进程没退,让父进程做其他事情,下面写一个程序来测试一下

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define TASK_NUM 10

typedef void (*func_t)(); // 函数指针
func_t other_task[TASK_NUM] = {NULL};

// 预设一批任务
void sync_disk()
{
    printf("这是一个刷新数据的任务!\n");
}

void sync_log()
{
    printf("这是一个同步日志的任务!\n");
}

void net_send()
{
    printf("这是一个进行网络发送的任务!\n");
}

// 加载任务函数指针到任务列表中

int LoadTask(func_t func)
{
    int i = 0;
    for (; i < TASK_NUM; i++)
    {
        if (other_task[i] == NULL)
            break;
    }
    if (i == TASK_NUM)
        return -1;
    else
        other_task[i] = func;
    return 0;
}

// 初始化任务列表
void InitTask()
{
    for (int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
        other_task[i] = NULL;
    LoadTask(sync_disk);
    LoadTask(sync_log);
    LoadTask(net_send);
}

// 执行任务列表中的所有任务
void RunTask()
{
    for (int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
    {
        if (other_task[i] == NULL)
            continue;
        other_task[i]();
    }
}

int main()
{
    // 创建子进程
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) // 子进程执行的代码
    {
        int cnt = 5;
        while (cnt)
        {
            printf("我是子进程,我还活着呢,我还有%dS,pid:%d,ppid:%d\n", cnt--, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
        exit(107); // 子进程退出并返回107
    }

    // 父进程执行的代码
    InitTask(); // 初始化任务列表
    while (1)
    {
        int status = 0;
        pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG); // 检测子进程状态
        if (ret_id < 0)
        {
            printf("waitpid error!\n");
            exit(1);
        }
        else if (ret_id == 0) // 子进程还在运行
        {
            RunTask(); // 执行任务列表中的所有任务
            sleep(1);
            continue;
        }
        else // 子进程已退出
        {
            printf("我是父进程,等待子进程成功,pid:%d,ppid:%d,ret_id:%d,child exit code:%d,child exit singal:%d\n", getpid(), getppid(), ret_id, (status >> 8) & 0xFF, status & 0x7F);
        }
    }

    return 0;
} 

这个程序也就是说在子进程还没结束前,父进程还在闲着的时候,让父进程在等待的时候做一些别的事情。

WIFEXITED获取退出信号

WEXITSTATUS获取退出码

判断子进程是否正常退出,正常退出,通过WEXITSTATUS(status)获取退出码

判断是否正常退出,根据信号,收到信号,则是异常退出,通过WIFEXITED(status)判断

正常退出,信号为0,异常退出,我们中途杀掉进程看看信号码

具体代码实现

进程的阻塞等待方式

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.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(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;
}

进程的非阻塞等待方式

WNOHANG 是 Linux 中 waitpid() 函数的一个选项之一,它指示该函数在等待子进程状态变化时不要阻塞,即如果没有可用的子进程状态变化,则立即返回,而不是等待。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.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;
}

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