Linux中的进程等待(超详细)

Linux中的进程等待

  • 1. 进程等待必要性
  • 2. 进程等待的方法
    • 2.1 wait方法
    • 2.2 waitpid方法
  • 3. 获取子进程status
  • 4. 具体代码实现

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

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;
}

运行结果:
Linux中的进程等待(超详细)_第1张图片

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

options的取值:
Linux中的进程等待(超详细)_第2张图片


  • 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)
    Linux中的进程等待(超详细)_第3张图片
    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 }

运行结果:
Linux中的进程等待(超详细)_第4张图片

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;
}
 

运行结果:
Linux中的进程等待(超详细)_第5张图片

  • 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;
}

运行结果:
Linux中的进程等待(超详细)_第6张图片
(本章完)

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