进程等待

一、进程的结果

在现实生活中找别人帮忙办事，别人同意帮忙之后，会反馈给自己的结果无非就是三种：

1. 别人把事办完了，结果是自己想要的
2. 别人把事办完了，由于办事的方法错误，导致结果并不是自己想要的
3. 别人办事时遇到阻碍了，没办法继续完成这件事情

同样的，进程创建出来也是用来帮忙做事的，进程运行完成后，进程的结果有三种情况：

• 进程运行正常，结果正确
• 进程运行正常，结果错误
• 进程运行异常

对于进程运行正常而言，我们可以通过进程的退出码，来判断进程的运行结果是否正常

进程可以通过 main 函数中 return int 或者 任意代码处调用的 exit(int) 函数 正常退出，其中 return 返回的值和 exit 函数的参数，即为进程的退出码

echo $? 可以查看最近一次运行的程序的退出码

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 计算
    printf("begin ...\n");
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; ++i) sum += i;
    sleep(1);
    printf("end, result: %d\n", sum);

    exit(11);  // 或者 return 11 表示运行正常，结果错误
    // return 0; // 或者 exit(0) 表示运行正常，结果正确
}

进程的退出码为 0 表示结果正确

进程的退出码非 0 表示结果错误

打印错误码对应的错误信息

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    for (int i = 0; i < 255; ++i)
        printf("errno %d : %s\n", i, strerror(i));
    
    return 0;
}

这里只截取了一部分，感兴趣的读者可以自行运行查看

系统调用 _exit(int) 也可以结束进程，与库函数 exit(int) 的关系是：库函数 exit(int) 会先进行关闭文件流，冲刷缓冲区等操作，然后再调用 _exit(int) 结束进程

#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    printf("hello world");

    // 系统调用 _exit(int) 不会关闭文件流，冲刷缓冲区等，直接结束进程
    _exit(0);

    // 库函数 exit(int) 会关闭文件流，冲刷缓冲区等，在结束进程
    // exit(0);
}

exit(int) 函数会冲刷缓冲区，所以打印了 hello world

_exit(int) 函数直接结束进程，不会打印 hello world

对于进程运行异常，是由于进程收到了操作系统的信号，参考

二、进程等待

当子进程先于父进程退出时，子进程会处于僵尸状态，为了回收子进程的资源，防止内存泄漏，以及可以选择性的接收子进程的结果，父进程需要等待子进程

系统调用 wait / waitpid，头文件 sys/types.h 和 sys/wait.h

• pid_t wait(int* status)，阻塞式等待任意一个子进程(如果没有子进程退出，父进程会阻塞在 wait 函数)

返回值：等待成功返回子进程的 pid，出错返回 -1，并且 errno 被设置为相应的出错信息

参数：status 为输出型参数，用于存储子进程的退出码，如果不关心子进程的退出码，可以设置为 NULL

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    // 创建子进程
    pid_t id = fork();
    assert(id != -1);
    if (id == 0)
    {
        // 子进程
        int cnt = 5;
        while (cnt)
        {
            printf("我是子进程，我的 pid 是: %d，我的 ppid 是: %d\n我还剩余 %d s\n", getpid(), getppid(), cnt--);
            sleep(1);
        }

        exit(0);
    }
    
	// slepp(10); 模拟父进程的任务

    // 等待子进程
    printf("我是父进程，我的 pid 是: %d, 开始等待子进程 %d ...\n", getpid(), id);
    pid_t cid = wait(NULL);
    assert(cid != -1);
    printf("我是父进程，我的 pid 是: %d, 等待子进程 %d 成功\n", getpid(), cid);

    return 0; 
}

父进程阻塞在 wait 函数处

加上 sleep(10) 之后，子进程会先进入僵尸状态，父进程调用 wait 回收资源后，子进程的僵尸状态随之消失

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

返回值：等待成功返回子进程的 pid，出错返回 -1

参数：

• pid 如果设置为 -1，表示等待任意一个子进程，pid 如果大于 0，则表示等待指定 pid 的子进程
• status 为输出型参数，用于存储子进程的退出码，如果不关心子进程的退出码，可以设置为 NULL
• options 如果设置为 0，表示阻塞式等待，如果设置为 WNOHANG，则表示非阻塞等待(调用时子进程还未退出，waitpid 函数会返回 0)

进程的结果有三种情况，整数 status 是采用如下位图的方式来存储进程的结果

• 正常终止：0 ~ 7 位为 0，8 ~ 15 位表示退出码

• 异常终止：0 ~ 6 位表示收到的信号，第 7 位表示是否为核心转储，8 ~ 15 位没有使用
  

• 宏 WIFEXITED(status)，用于判断 status 是否收到信号，即子进程是否运行正常

• 宏 WEXITSTATUS(status)，当子进程运行正常时，用于获取子进程的退出码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t id = fork();
    assert(id != -1);
    if (id == 0)
    {
        // 子进程
        int cnt = 5;
        while (cnt)
        {
            printf("我是子进程，我的 pid 是: %d，我的 ppid 是: %d，我还剩余 %ds\n", getpid(), getppid(), cnt--);
            sleep(1);
        }

        exit(0);
    }
    
    // 父进程
    int status = 0;
    while (1)
    {
        pid_t ret_id = waitpid(id, &status, WNOHANG);
        assert(ret_id != -1);
        if (ret_id > 0)
        {
            // 等待成功
            printf("我是父进程，我的 pid 是: %d，等待子进程 %d 成功\n", getpid(), ret_id);

            // 判断是否是信号导致
            if (WIFEXITED(status))
                printf("子进程 %d 运行正常，退出码: %d\n", ret_id, WEXITSTATUS(status));
            else 
                printf("子进程 %d 运行异常", ret_id);

            break;
        }

        // 父进程的任务
        printf("我是父进程，我的 pid 是: %d, 正在执行任务中 ...\n", getpid());
        sleep(1);
    }

    return 0;
}

父进程非阻塞等待，子进程进入僵尸状态，父进程调用 waitpid 回收资源后，子进程的僵尸状态随之消失

wait / waitpid 是如何得到子进程的结果呢？其实就是通过子进程的 task_struct 中的属性得到的