wait及waitpid函数

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一个进程调用了exit之后，该进程并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程（Zombie）的数据结构。在Linux进程的5种状态中，僵尸进程是非常特殊的一种，它已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间。从这点来看，僵尸进程对系统毫无作用。

当一个进程已退出，但其父进程还没有调用系统调用wait（稍后介绍）对其进行收集之前的这段时间里，它会一直保持僵尸状态，利用这个特点，我们来写一个简单的小程序：

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#include < sys/types.h >
#include < unistd.h >
int main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
        printf("error occurred!\n");
    else if(pid == 0)
        exit(0);
    else
    {
        sleep(60);
        wait(NULL);
    }
    return 0;
}

sleep的作用是让进程休眠制定秒数，在这60秒内子进程已经退出，而父进程还忙着睡觉，不能对它进行收集，这样，我们就能保持子进程60秒的僵尸状态。

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./zombie & //后台运行
ps -ax //查看进程状态

显示如下：

1578 pts/0 Z 0:00 [zombie ]

其中 Z即是僵尸进程的状态，它表示1578号进程现在就是一个僵尸进程。

wait函数：

#include < sys/types.h >

#include < wait.h >

int wait(int *status);

函数功能： 父进程一旦调用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。

当父进程忘了用wait()函数等待已经终止的子进程时，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。
wait()与fork()配套出现，如果在使用fork()之前调用wait()，wait()返回值为-1，正常情况下wait()返回值为子进程的PID。
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。

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，如下：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回收集到的子进程PID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1。

看如下代码：

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#include < sys/types.h >
#include < sys/wait.h >
#include < unistd.h >
#include < stdlib.h >
int main()
{
    pid_t pid, tmp;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
        printf("error ocurred!\n");
    else if(pid == 0)
    {
        printf("This is child process with pid of %d\n", getpid());
        sleep(10);
    }
    else
    {
        tmp = wait(NULL);
        printf("I catched a child process with pid of %d\n", tmp);
    }
    exit(0);
}

父进程会在wait阻塞，直到子进程睡眠10秒正常退出后，父进程才能将其捕捉到，其实这里不管设定子进程睡眠的时间有多长，父进程都会一直等待下去。

参数status

如果参数status值不为NULL，wait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（一个进程也可以被其他进程用信号结束），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：

1.WIFEXITED(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。
注意：虽然WIFEXITED中也有一个status，但这里的参数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。
2.WEXITSTATUS(status)当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。

下面通过下面例子实战一下我们刚学到的内容：

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#include < sys/types.h >
#include < sys/wait.h >
#include < unistd.h >
int main(){
    int status;
    pid_t pid, tmp;
    pid = fork();
    if(pid < 0)                         //如果出错
        printf("error ocurred!\n");
    else if(pid == 0){                   //子进程
        printf("This is child process with pid of %d\n", getpid());
        exit(3);
    }
    else{
        tmp = wait(&status);
        if(WIFEXITED(status)){
            printf("the child process %d exit normally\n", tmp);
            printf("the return code is %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }else
        printf("the child process %d exit abnormally\n", tmp);
}

运行结果：

This is child process with pid of 1538

the child process 1538 exit normally

the return code is 3

父进程准确捕捉到了子进程的返回值3，并把它打印了出来。当然，处理进程退出状态的宏并不止这两个，但它们当中的绝大部分在平时的编程中很少用到。

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waitpid函数

#include < sys/types.h >

#include < sys/wait.h >

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

从本质上讲，系统调用waitpid和wait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pid和options，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：

pid

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。

pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。
pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。
pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。
pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

options

options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持 WNOHANG和 WUNTRACED两个选项，这是两个常数，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);

如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。而WUNTRACED参数，如果有处于停止状态的进程将导致调用返回。

可以把wait看作waitpid实现的特例,wait实际上就是经过包装的waitpid，我的github上的内核源码 https://github.com/chensguo8099/linux-/blob/master/linux-2.6.11.12/include/asm-frv/unistd.h的第459-462行有以下程序段：

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static inline pid_t wait(int *wait_stat)
{
return waitpid(-1, wait_stat, 0);
}

返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有三种情况：

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（非阻塞调用），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；当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；

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#include < sys/types.h >
#include < sys/wait.h >
#include < unistd.h >
int main()
{
    pid_t pid, tmp;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
        printf("error occured on forking\n");
    else if(pid == 0)
    {
        sleep(10);
        exit(0);
    }
    do
    {
        tmp = waitpid(pid, NULL, );
        if(pid == 0)
        {
            printf("no child exited\n");
            sleep(1);
        }
    }
    while(pid == 0);
    if(pid == tmp)
        printf("successfully get child %\n", tmp);
    else
        printf("some error occured\n");
    return 0;
}

编译运行结果：

No child exited

successfully get child 1526

父进程经过10次失败的尝试之后，终于收集到了退出的子进程。

参考资料：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part3/

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