Linux中的进程等待（超详细）

1. 进程等待必要性

• 我们知道，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

2. 进程等待的方法

2.1 wait方法

在Linux中，wait函数是一个系统调用，用于等待子进程的终止并获取其终止状态。该函数的原型如下所示：

#include
#include
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
1
2
3
4
5
6
7

wait函数的作用是暂停当前进程的执行，直到一个子进程终止。当子进程终止后，wait函数会返回子进程的进程ID（PID），并将子进程的终止状态存储在指针status指向的变量中。

status参数是一个指向整型变量的指针，用于存储子进程的终止状态。通过status可以获取子进程的退出状态、终止信号等信息。如果不关心终止状态，可以将status设置为NULL。

wait函数返回的PID有以下几种可能的取值：

• 如果成功等待到一个子进程的终止，返回子进程的PID。
• 如果调用进程没有子进程，wait函数会返回-1
• 如果调用进程被一个信号中断，wait函数会返回-1

1.WIFEXITED(status) 是一个宏，用于判断子进程是否正常退出。当子进程正常退出时，它返回一个非零值。
注意，这里的 status 参数不同于 wait 函数的参数（指向整数的指针），而是指向该指针所指向的整数值。请确保不要混淆它们。

2.WEXITSTATUS(status) 是一个宏，在 WIFEXITED 返回非零值时，用于提取子进程的返回值。例如，如果子进程调用 exit(5) 退出，WEXITSTATUS(status) 将返回 5；如果子进程调用 exit(7)，WEXITSTATUS(status) 将返回 7。
请注意，如果进程不是正常退出的，即 WIFEXITED 返回 0，那么 WEXITSTATUS(status) 的值就没有意义。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main() {
    pid_t id = fork();

    if (id == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程开始执行\n");
        sleep(3);
        printf("子进程执行完毕\n");
        exit(0);
    } else if (id > 0) {
        // 父进程
        printf("父进程等待子进程终止\n");
        int status;
        pid_t child_pid = wait(&status);
        
        if (child_pid == -1)
         {
            perror("wait");
            exit(1);
        }
        if (WIFEXITED(status)) 
        {
            printf("子进程正常终止，退出状态：%d\n", WEXITSTATUS(status));
        } else if (WIFSIGNALED(status)) 
        {
            printf("子进程被信号终止，信号编号：%d\n", WTERMSIG(status));
        }
        	printf("父进程继续执行\n");
	    } 
	    else 
	    {
	        perror("fork");
	        exit(1);
	    }

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43

运行结果：

在上面的示例中，父进程通过fork创建了一个子进程。子进程会执行一段耗时的操作（这里使用sleep模拟），然后退出。父进程调用wait函数等待子进程的终止，并获取子进程的终止状态。最后，父进程继续执行。

2.2 waitpid方法

waitpid函数是Linux中用于等待指定子进程终止的系统调用。与wait函数类似，waitpid函数也可以用于获取子进程的终止状态。

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，若想使用默认状态，可以将options设成0。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

• 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。

3. 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）：
  
  测试代码：

  1 #include <sys/wait.h>
  2 #include <stdio.h>
  3 #include <stdlib.h>
  4 #include <string.h>
  5 #include <errno.h>
  6 #include <unistd.h>
  7 int main(void)
  8 {
  9     pid_t pid;
 10     if ((pid = fork()) == -1)
 11         perror("fork"), exit(1);
 12     if (pid == 0) {
 13         printf("pid:%d ppid: %d\n",getpid(),getppid());
 14         sleep(20);                                              
 15         exit(10);
 16     }
 17     else {
 18         int st;
 19         int ret = wait(&st);
 20 
 21         if (ret > 0 && (st & 0X7F) == 0) { // 正常退出
 22             printf("child exit code:%d\n", (st >> 8) & 0XFF);
 23         }
 24         else if (ret > 0) { // 异常退出
 25             printf("sig code : %d\n", st & 0X7F);
 26         }
 27     }
 28 }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28

运行结果：

4. 具体代码实现

• 进程的阻塞等待方式：

#include                                                                                                                   
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
	pid_t pid;
	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
		return 1;
	}
	else if (pid == 0) { //child
		printf("子进程已运行, 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("这是等待的测试\n");
		if (WIFEXITED(status) && ret == pid)
		{
			printf("等待子进程5秒成功，子进程返回代码为:%d.\n", WEXITSTATUS(status));
		}
		else {
			printf("等待失败, return.\n");
			return 1;
		}
	}
	return 0;
}
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

运行结果：

• 进程的非阻塞等待方式：

#include  
#include 
#include 
#include 
int main()
{
	pid_t pid;

	pid = fork();
	if (pid < 0) {
		printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
		return 1;
	}
	else if (pid == 0) { //child
		printf("子进程已运行: %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("子进程正在运行\n");
			}
			sleep(1);
		} while (ret == 0);

		if (WIFEXITED(status) && ret == pid) {
			printf("等待子进程5秒成功，子进程返回代码为:%d.\n", WEXITSTATUS(status));
		}
		else {
			printf("等待失败, return.\n");
			return 1;
		}
	}
	return 0;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41

运行结果：

（本章完）