【Linux】进程等待wait/waitpid && status详解 && (非)阻塞等待(代码)

进程等待原因

fork创建了子进程，子进程帮父进程完成某种任务后，父进程需要用 wait或者waitpid等待子进程的退出。

那为什么要进程等待？
1、通过获取子进程退出的消息，父进程可以得知子进程的执行结果。
2、进程等待可以保证子进程先退出，父进程后退出。
3、子进程退出的时候会先进入僵尸状态，进程一旦变成僵尸状态，连kill -9也没办法杀死，因为没办法杀死一个已经死去的进程。这时候会有内存泄漏的问题，就需要父进程等待，来释放子进程占用的资源。

进程等待方法

wait

在Linux下可以用man 2 wait查看：

wait方法：

#include 
#include 

pid_t wait(int *status);

返回值：
成功时返回等待进程的pid，失败返回-1。

参数：
输出型参数，获取子进程的退出状态，不关心则设置成为NULL

测试：

[zjy@VM-16-3-centos lessoncode]$ cat test.c 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  {
    // child
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
      printf("Child is running: cnt=%d\n", cnt);
      --cnt;
      sleep(1);
    }
    exit(0);
  }
  sleep(10);
  printf("father wait begin\n");
  // father
  pid_t ret = wait(NULL);
  if(ret > 0)
  {
    printf("father wait: %d, success\n", ret);
  }
  else{
    printf("father wait failed\n");
  }

  sleep(10);
  return 0;
}

运行结果：

[zjy@VM-16-3-centos lessoncode]$ while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test| grep -v grep; sleep 1; echo "#######################################"; done
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 Z+    1001   0:00 [test] <defunct>
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 Z+    1001   0:00 [test] <defunct>
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 Z+    1001   0:00 [test] <defunct>
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 Z+    1001   0:00 [test] <defunct>
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
29275 29276 29275 16230 pts/0    29275 Z+    1001   0:00 [test] <defunct>
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
16230 29275 29275 16230 pts/0    29275 S+    1001   0:00 ./test
#######################################

子进程的状态从睡眠状态，变成僵尸进程，最后被父进程回收。

waitpid

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

返回值：
1、正常返回：waitpid返回收集到的子进程的进程pid
2、如果options设置成 WNOHANG选项，表示非阻塞等待，调用时waitpid发现自己没有退出的子进程可以收集，返回0
3、如果调用出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值，指示错误所在。

参数：
pid：
pid=-1时，表示任一子进程，等同于wait
pid>0，等待id和pid相等的子进程。

status：
WIFEXITED(status)：查看进程是否正常退出，正常退出-真
WEXITSTATUS(status)：查看进程的退出码，WIFEXITED非零，提取子进程的退出码。

options
WNOHANG：如果pid的子进程没有结束，那么waitpid返回值是0，不予以等待，如果正常结束，返回该子进程的id。
0：表示非阻塞等待

获取子进程status

status是输出型参数，父进程最终拿到的status结果，和子进程如何退出是强相关的。（子进程有3中进程退出的情况，可以看上一篇博客）

那可以联系一个知识点，bash是命令行启动所有进程的父进程，bash用wait的方法得到子进程的退出结果，所以我们可以用echo $?查到子进程的退出码。

wait和waitpid，都有status参数，该参数是输出型参数，由OS填充。

如果传递NULL，表示不管子进程的退出状态信息。

status是int类型，但是实际上，32个比特位只使用16个比特位（低16位）

所以可以用位运算得到退出码和终止信号：

exit code: (status>>8)&0xFF
signal code: status & 0x7F

不用位操作，可以使用宏来解决：

WIFEXITED(status)和WEXITSTATUS(status)

WIFEXITED(status)：查看进程是否正常退出，正常退出-真
WEXITSTATUS(status)：查看进程的退出码，WIFEXITED非零，提取子进程的退出码。

(非)阻塞等待

waitpid函数的第三个参数 options，0是默认行为，表示阻塞等待，WNOHANG表示非阻塞等待。

阻塞等待，表示一直干等着，等的时候什么事情都不干；非阻塞等待每隔一段时间等待，她没好，过几分钟再等待。（比如打电话这个例子）非阻塞等待可能需要多次检测，这是基于 非阻塞等待的轮循方案。

• 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid会立即返回，并释放资源，获得子进程退出信息。
• 如果在任意是时刻都调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，进程可能阻塞。
• 如果不存在该子进程，则立即出错返回。

父进程在子进程退出后继续程序，如下图：

ALL IN ALL:
阻塞等待和非阻塞等待都是等待的方式，都是父进程等待子进程，等待子进程退出。

QUESTION1：
阻塞是不是意味着父进程不被调度执行了呢？
父进程等待的本质是，把父进程的PCB放进等待队列，进程状态从R变成S，在等待队列等待时，不被调度执行。

所以，

==阻塞的本质：==进程的PCB放进等待队列，并将进程的状态R改成S状态。

返回的本质：进程的PCB从等待队列放进运行队列，从而被CPU调用。

所以当我们看到某些应用或者操作系统本身，卡住了或者长时间不动，应用或者程序hang住了！

WNOHANG情况下，waitpid的返回值:
1、子进程没有退出，返回值=0
2、子进程退出，waitpid调用成功，返回>0，失败则返回-1 .

进程的非阻塞等待方式代码

#include 
#include 
#include 
#include 

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

  if(pid < 0)
  {
    printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
    return 1;
  }
  else if(pid == 0) { // child
    printf("child is run, pid is: %d\n", getpid());
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
      printf("child[%d] is running, cnt = %d\n", getpid(), cnt);
      cnt--;
      sleep(1);
    }
    exit(1);
  } else {
    // father
    int status = 0;
    pid_t ret = 0;

    do {
      ret = waitpid(-1, &status,WNOHANG); // 非阻塞式等待
      if(ret == 0) {
        // 子进程还没结束
        printf("Do father things\n");
      }
      sleep(1);
    }while(ret == 0);

    if(WIFEXITED(status) &&ret == pid)
    {
      printf("wait child success, child return code is :%d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    else 
    {
      printf("wait child failed, return.\n");
      return 1;
    }
  }
  return 0;
}

运行结果：

[zjy@VM-16-3-centos lessoncode]$ ./test
Do father things
child is run, pid is: 22362
child[22362] is running, cnt = 5
Do father things
child[22362] is running, cnt = 4
Do father things
child[22362] is running, cnt = 3
Do father things
child[22362] is running, cnt = 2
Do father things
child[22362] is running, cnt = 1
Do father things
wait child success, child return code is :1

进程的阻塞等待方式代码

#include 
#include 
#include 
#include 

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

  if(pid < 0) {
    printf("%s fork error\n", __FUNCTION__);
    return 1;
  }
  else if(pid == 0) { // child
    printf("child is run, pid is: %d\n", getpid());
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
      printf("child[%d] is running, cnt = %d\n", getpid(), cnt);
      cnt--;
      sleep(1);
    }
    exit(1);
  } else {
    int status = 0;
    pid_t ret = waitpid(-1, &status, 0); // 阻塞式等待
    printf("wait test...\n");
    if(WIFEXITED(status) && ret == pid)
    {
      printf("wait child success, child return code is :%d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
    else {
      printf("wait child failed, return.\n");
      return 1;
    }

  }

  return 0;
}

运行结果：

child is run, pid is: 25943
child[25943] is running, cnt = 5
child[25943] is running, cnt = 4
child[25943] is running, cnt = 3
child[25943] is running, cnt = 2
child[25943] is running, cnt = 1
wait test...
wait child success, child return code is :1