【linux进程控制(二)】进程等待--父进程是如何等待子进程死亡的?

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)

1. 前言

控制一个进程包括如何创建它,如何
终止它,并且如何回收它的资源!

为了回收一个进程的资源,创建这个
进程的父进程必须等待这个子进程
死亡后,处理它的代码和数据

本章重点:

本篇文章着重讲解进程等待的必要性
,以及系统调用waitpid的使用详情,并且
重点讲解waitpid的三个参数的含义和
不同的用法!

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2. 进程等待的必要性

既然要学习进程等待,那么要先知道
为什么要有进程等待?进程等待有啥用?

进程等待的必要性:

1. 若子进程退出,而父进程对它不管不顾
   此时会有僵尸进程问题,有内存泄漏风险

2. 当一个进程变成僵尸进程,那它就刀枪
   不入了,因为无法杀掉一个死去的进程

3. 父进程创建子进程是为了完成某任务,
   父进程需要知道它把任务完成得如何
   ,所以等待子进程死亡是很有必要的!

4. 父进程需要等待子进程死亡后,
   回收它的代码和数据!

综上所述,进程等待是很有必要的!

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3. 进程等待的方法

我们通过系统调用:wait系统函数
来等待子进程死亡

本篇文章着重讲解waitpid函数

waitpid函数的详情请看下图:

话不多说,上代码来测试:

int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id<0)    
    {    
        perror("fork");    
        exit(1);    
    }    
    if(id==0)//子进程代码    
    {    
        int count = 5;    
        while(count)    
        {    
            printf("[%d]我是子进程,我的pid是: %d\n",count,getpid());    
            sleep(1);    
            count--;    
        }    
        exit(0);//子进程执行完代码后退出                                                                                                                                
    }                                                                                                    
    //父进程代码                                                                                         
    waitpid(id,NULL,0);                                                                                  
    printf("等待子进程成功!\n");                                                                         
    return 0;     
}

结果:

可以发现,当子进程执行它的代码时
父进程并不会进入if语句中,而是往下
继续执行代码,但是父进程迟迟不打印
“等待子进程成功”,这是因为父进程在
阻塞等待子进程,如果子进程不退出,父
进程就在这里等它死亡!

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4. waitpid的参数status

如果父进程想要知道子进程的退出信息
也就是退出码和退出信号,就要用到这个
输出型参数status

status参数可没有你想的这么简单
它的信息并不是按照整个整数来存储的
如果你学过位图的话,那么下面的内容
会很好理解!

我们之研究status的低16比特位

低八位存储的是终止信号
次低八位存储的是退出状态

所以如果想要获取status中的这两个
信息,我们需要使用下面的代码来解析:

退出码:
(status >> 8) & 0xFF
退出信号:
status & 0x7F

下面就来使用代码验证一下:

int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id<0)    
    {    
        perror("fork");    
        exit(1);    
    }    
    
    if(id==0)//子进程代码    
    {    
        int count = 5;    
        while(count)    
        {    
            printf("[%d]我是子进程,我的pid是: %d\n",count,getpid());    
            sleep(1);    
            count--;    
        }    
        exit(55);//子进程执行完代码后退出                                                                                                                               
    }    
    //父进程代码    
    int status = 0;    
    waitpid(id,&status,0);    
    printf("等待子进程成功!\n");    
    printf("进程退出码: %d,进程退出信号: %d\n",(status >> 8) & 0xFF,status & 0x7F);    
    return 0;    
}  

退出码为我们设置的55!

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5. 对于status中退出信号的验证

我们还是使用上面的代码,但是
将count改成15,也就是子进程
运行上15秒再退出,然后在子进程
运行期间,我们直接在命令行中使用
kill指令杀死子进程,然后再查看父进程
的waitpid中status的信息!

int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id<0)    
    {    
        perror("fork");    
        exit(1);    
    }    
    
    if(id==0)//子进程代码    
    {    
        int count = 15;    
        while(count)    
        {    
            printf("[%d]我是子进程,我的pid是: %d\n",count,getpid());    
            sleep(1);    
            count--;    
        }    
        exit(55);//子进程执行完代码后退出                                                                                                                               
    }    
    //父进程代码    
    int status = 0;    
    waitpid(id,&status,0);    
    printf("等待子进程成功!\n");    
    printf("进程退出码: %d,进程退出信号: %d\n",(status >> 8) & 0xFF,status & 0x7F);    
    return 0;

请看下面视频验证:

进程等待status的信息

可以发现,我使用-9号信号
kill掉进程时,进程的退出信号
就是9,然而当进程由于信号异常
终止时,此时进程退出码是无意义的!

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6. waitpid的第三个参数option

前面说到,option默认为0代表父进程
阻塞等待子进程死亡,阻塞等待的意思
就是父进程什么都不干,就在waitpid函数
处停下等待子进程!那么假如父进程想要
干一些自己的事情应该怎样做?

使用宏定义: WNOHANG

waitpid(pid,&status,WNOHANG);

WNOHANG就是wait no hang
hang也就是悬挂,也就是非阻塞
等待子进程死亡,若父进程执行到
waitpid时,子进程还没退出,则函数
返回0后接着运行下面的代码,若
执行到waitpid后子进程已经退出
则返回退出子进程的pid

由于父进程执行非阻塞waitpid时
只要子进程不返回父进程就执行下一步代码
所以使用非阻塞等待时往往会循环访问

话不多说,上代码验证:

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id<0)
    {
        perror("fork");
        exit(1);
    }

    if(id==0)//子进程代码
    {
        int count = 5;
        while(count)
        {
            printf("[%d]我是子进程,我的pid是: %d\n",count,getpid());
            sleep(1);
            count--;
        }
        exit(55);//子进程执行完代码后退出
    }
    //父进程代码
    while(1)//循环访问子进程退出情况
    {
        int wait = waitpid(id,NULL,WNOHANG);
        if(wait>0)//子进程退出成功
        {
            printf("子进程退出成功,子进程pid: %d\n",wait);
            break;
        }
        else if(wait==0)//子进程还没退出,父进程干自己的事情
        {
            //此处简单模拟父进程干的事情
            printf("我是父进程,我现在要干一些别的事情\n");
        }
        else //等待子进程退出失败
        {
            perror("waitpid");
            exit(1);
        }
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

注:这里父进程可以执行任一任务,我
使用printf打印只是为了明显的看到
父进程是没有阻塞等待的!

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7. 总结以及拓展

了解了进程等待话题后,以后创建
子进程去完成任务时就不怕形成
僵尸进程的问题了,进程的真相离我们
越来越近,请同学们耐心学习!

对于status的拓展

WEXITSTATUS(status): 提取子进程退出码

有了这个宏后,以后直接从status获取
进程退出码时,就不用左右移了!

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下期预告:Linux进程程序替换