Linux编程入门(16)-进程(四)等待子进程
上一篇介绍了进程的创建和退出，以及相关的系统函数。
Linux编程入门(15)-进程(三)编程
这篇主要讲讲，子进程退出后，父进程如何获取其退出状态。
有的应用程序，需要父进程知道子进程何时终止或退出，以及其返回给父进程的状态值信息。
那么，父进程在创建完成子进程后，有没有办法获知子进程的退出状态？答案是肯定的。
Linux 提供了系统函数 wait()，用于检测子进程的终止情况。
系统函数 wait()
系统函数 wait() 主要做两件事：
- 暂停调用它的进程，直到有子进程退出。
- 获取子进程结束时传递给
exit()的值。
wait() 等待调用进程的任意一个子进程终止，其函数原型为：
#include
#include
pid_t wait(int *wstatus);
参数 wstatus 指向的整型变量用于接收子进程的终止状态。
函数执行成功，返回终止的子进程 ID。 失败，则返回 -1。
wait() 详细的执行步骤为：
- 如果调用进程没有子进程，那么
wai()会出错，返回 -1。 - 调用此函数的进程，如果有子进程终止，
wait()立即返回。否则，调用进程一直阻塞。 - 如果 wstatus 非空，则关于子进程终止的信息会通过 wstatus 指向的整型变量返回。
- 将终止进程的 PID 作为
wait()返回值，并返回。
注意，如果调用者阻塞并且有多个子进程，那么任意一个子进程终止时，wait() 就立即返回。
因为 wait() 的返回值是终止进程的 PID，所以父进程能够知晓是哪一个进程终止了。若某个子进程用来完成某项任务，当任务处理完毕后退出，父进程可以通过 wait() 了解到该任务完成了，可以继续其他处理了。
关于进程的结束状态
一个进程的结束，有三种方式：
- 正常结束。成功调用
exit(0)或者return 0。 - 进程出错退出。例如，由于内存耗尽而提前退出程序。程序遇到问题要退出时，可以调用
exit()函数时传递一个非零值。 - 被一个信号 kill 掉。信号可能来自键盘、定时器、内核或者其他进程。
父进程如何知道子进程是以何种方式退出的呢？可以通过 wait() 返回的退出状态来进行判断。
在调用 wait() 函数时，给其传递一个整型变量的地址。Linux 内核会将子进程的退出状态存储在这个变量中：
- 子进程调用
exit()退出，内核会把 exit 的参数值存放到整数变量中。 - 子进程被 kill 掉，内核将信号序号存放在这个变量中。
结束状态值的构成
进程退出返回的整型状态值，实际上仅用了最低的 16 位，由 3 部分构成：
- 8 位记录退出的值（正常退出）。
- 1 位指明是否发生错误并产生了 core 文件（core dump）
- 7 位记录信号编号（被信号 kill 掉，异常返回）
终止状态可以用
- WIFEXITED(status) ， 进程正常结束，则为真。
- WIFSIGNALED(status)， 子进程被信号终止，则为真。
- WIFSTOPPED (status) ， 子进程因信号而停止，则为真。
- WIFCONTINUED (status) ， 进程收到 SIGCONT 而恢复执行 ， 则为真。
编程示例
编程示例-1
编程实验，实际验证一下，子进程调用 exit() 是如何触发 wait() 返回的处理流程：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/* 子进程执行函数 */
void child_code(int delay)
{
printf("child %d here. will sleep %d seconds\n", getpid(), delay);
sleep(delay);
printf("child done. exit\n");
exit(17);
}
/* 父进程执行函数 */
void parent_code(int childpid)
{
int wait_ret;
wait_ret = wait(NULL);
printf("done waiting for %d. Wait returned: %d\n", childpid, wait_ret);
}
int main()
{
int newpid;
printf("before: mypid is %d\n", getpid());
/* 创建新进程，并判断返回值 */
if((newpid = fork()) == -1)
{
perror("fork");
}
else if(newpid == 0)
{
/* 子进程执行感函数 */
child_code(2);
}
else
{
/* 父进程执行感函数 */
parent_code(newpid);
}
}
在父进程中，控制流始于程序的开始，在 wait() 的地方阻塞。
在子进程中，控制流始于 main 函数的中部（fork 之后），然后运行 child_code() 函数，最后调用 exit() 结束。
编译，运行结果如下：
$ gcc waitdemo.c -o waitdemo
$ ./waitdemo
before: mypid is 2844
child 2845 here. will sleep 2 seconds
child done. exit
done waiting for 2845. Wait returned: 2845
由程序的执行结果来看，这段程序验证了 wait() 的函数的两个特征：
wait()函数会阻塞调用它的程序，直到子进程结束。wait()函数会返回结束进程的 PID。
编程示例-2
通过编程来显示子进程的退出状态，代码 waitdemo2.c 如下：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/* 子进程执行函数 */
void child_code(int delay)
{
printf("child %d here. will sleep %d seconds\n", getpid(), delay);
/* 子进程执行函数 */
sleep(delay);
printf("child done. exit\n");
/* 子进程退出 */
exit(17);
}
void parent_code(int childpid)
{
int wait_ret;
int child_status;
int high_8, low_7, bit_7;
wait_ret = wait(&child_status);
printf("done waiting for %d. Wait returned: %d\n", childpid, wait_ret);
/* 解析子进程退出状态信息 */
high_8 = child_status >> 8;
low_7 = child_status & 0x7F;
bit_7 = child_status & 0x80;
printf("status: exit = %d, sig = %d, core %d\n", high_8, low_7, bit_7);
}
int main()
{
int newpid;
printf("before: mypid is %d\n", getpid());
if((newpid = fork()) == -1)
{
perror("fork");
}
else if(newpid == 0)
{
child_code(5);
}
else
{
parent_code(newpid);
}
}
编译、运行。先看看正常运行情况，退出状态从子进程中获取（exit() 的参数）：
$ gcc waitdemo2.c -o waitdemo2
$ ./waitdemo2
before: mypid is 5506
child 5507 here. will sleep 5 seconds
child done. exit
done waiting for 5507. Wait returned: 5507
status: exit = 17, sig = 0, core 0
然后再看看异常结束情况。后台运行 waitdemo2，使用 kill 指令给子进程发送 SIGTERM 信号，内核将该信号编号填充到状态字中：
$ ./waitdemo2 & /* 后台运行程序 */
before: mypid is 5592
child 5593 here. will sleep 5 seconds
kill 5593 /* 给子进程发送信号 */
done waiting for 5593. Wait returned: 5593
status: exit = 0, sig = 15, core 0 /* 显示状态信息 */
扩展
假如一个进程有多个子进程，只要有一个子进程退出，wait() 就返回。那么要等待一个指定的进程终止（需要直到该进程的 PID），该如何处理？
一种方式是，根据 wait() 返回的进程 ID 与期望的进程 ID 比较。如果终止进程不是所期望的，则再次调用 wait() 函数。
还有一种方式，使用专门的系统函数。Linux 系统提供了一个系统调用，可以用来等待特定的子进程。
该系统函数为 waitpid(), 其原型为：
#include
#include
pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);
参数 pid，表示需要等待的具体子进程，具体含义如下：
- pid > 0，表示等待进程 ID 为 pid 的子进程。
- pid = 0，等待与调用进程（父进程）同一个进程组的所有子进程。
- pid = -1，等待任意进程。
- pid < -1，等待进程组标识符与 pid 绝对值相等的所有子进程。
可以得知，wait(&status) 等价于 waitpid(-1, &status, 0)。
参数 options，是一个位掩码，可以包含如下标志位：
- WUNTRACED 返回终止子进程的信息和因信号终止的子进程信息。
- WCONTINUED 返回因收到 SIGCONT 信号而恢复执行的子进程状态信息。
- WNOHANG 无子进程退出，立即返回，不阻塞父进程。
小结
本文主要介绍了父进程如何等待子进程退出，以及获取进程退出状态相关的内容。
- 介绍了系统函数 wait() 以及其内部执行的流程。
- 进程退出状态的构成，以及进程退出状态如何检测。
- 通过实例演示如何运用 wait() 函数。
- 扩展介绍了一个可以等待指定进程的系统函数
waitpid()
下次文章，以一个示例来综合运用前面几篇学过的内容，欢迎订阅查看。
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