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什么是进程等待

为什么要进行进程等待？

wait()

waitpid()

status的使用★

options★

问题：既然进程具有独立性，进程退出码不也是子进程数据吗，父进程凭什么拿到呢？wait/waitpid究竟做了什么呢？

什么是进程等待

进程等待是指父进程等待其子进程终止的一种机制。在多进程系统中，父进程创建子进程并且可能需要等待子进程执行完毕，以便获取子进程的退出状态或执行其他操作。

需要注意的是：父进程等待子进程终止是一个阻塞操作，即父进程会暂停自己的执行，直到子进程终止。

为什么要进行进程等待？

1.回收僵尸进程

2.获取子进程退出状态.

这是对上面两句话详细说明：

1.之前讲过，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，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。
2.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。
结论：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

接下来我们要制造一种僵尸状态.

输入以下代码：

1 #include<stdio.h>2 #include<stdlib.h>3 #include<unistd.h>4 #include<sys/types.h>5 int main()6 {7   pid_t id = fork();8   if(id < 0)9   {10     perror("fork");11     exit(1);//标识进程运行完毕，结果不正确12   }13   else if(id == 0)14   {15     //子进程16     int cnt = 5;17     while(cnt)18     {19       printf("cnt: %d, 我是子进程，pid: %d,ppid: %d\n",cnt,getpid(),getppid());20       sleep(1);21       cnt--;22     }23     exit(0);24 25   }26   else27   {28     while(1)29     {30       printf("我是父进程，pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());31       sleep(1);32     }33   }34 35   return 0;36 }     

这样子进程循环5次后退出，而父进程一直在循环，无法退出，造成了子进程无法被回收的情况.

然后退出vim，make编译并执行，同时再创建一个窗口，检测该进程的状态，在新窗口输入:

while :; do ps axj | head -1 && ps ajx | grep myproc | grep -v grep;sleep 1; echo "-------------------------------"; done

 

5秒后子进程退出，只有父进程在运行了. 

 此时观察进程状态也知，5秒后子进程的状态变成了Z+，僵尸状态.

所以此时我们如何回收僵尸进程呢，便用到了wait接口.

wait()

我们man 2 wait查看一下其用法.

它的作用是等待一个进程，直到其状态发生变化. 

这个参数status是用来获取子进程结果的，这个在后面waitpid会讲的，都是一样的.目前写NULL即可.

然后看一下返回值：

 陈工，返回子进程的pid，否则返回-1.

此时我们使用它，把父进程模块里的代码做如下改动：

先输出一次，然后再等待子进程，等待成功的话，会输出“等待子进程成功”.

退出vim，make编译.同时还是右边窗口监视.

这样父进程就一直会等子进程从运行直到死亡，状态发生变化时，将其回收.

 我们发现，此时子进程在5秒后没有产生僵尸状态，而是直接没有了，只剩下父进程在继续运行。

这个时候，子进程就是被父进程回收了，wait等到了状态变化.

那么waitpid和这个wait又有什么区别呢？

waitpid()

同样地我们man 2 waitpid查看用法.

第一个参数pid， 是用来等待特定pid的子进程。

有如下两个选择：

        1.Pid=-1,等待任一个子进程。与wait等效。
        2.Pid>0.等待其进程ID与pid相等的子进程。

第三个参数options 默认为0，表示阻塞等待.

第二个参数status，是一个指针类型，它是一个输出型参数.

比如我们在函数外定义一个int status = 0,

然后把这个status传入到waitpid中的第二个参数中。

然后 函数结束的时候，会把子进程的退出结果自动填充到这个 status里面去，这便是输出型参数.

所以来说，waitpid(-1,NULL,0)等价于wait(NULL).

我们把父进程中的wait改成waitpid：

 make编译.并运行

 结果是同样的.

status的使用★

那我们来使用一下status吧.

我们手动的在子进程模块添加一个退出码69，然后父进程模块中先定义好status变量，然后再将其传入到waitpid中，最后再将其输出.

退出来，make编译并运行.

 我们发现，退出码不是69，而是这么大一个数，这是什么情况呢？

其实status并不是按照整数来整体使用的，而是按照比特位的方式，将32个比特位进行划分.

我们只学习低16位.这个低16位就基本上满足我们需求了.

其中，这次低8位标识子进程的退出码.相当于第8-15位.我们想拿到它，首先得先将其右移8位，然后&0xFF，0xFF是只有后8位是1，其余位都是0，而任何&1是它本身，&0都是0，这样就拿到了这8位.

 

 此时我们便拿到了我们想要的结果69了.

每次这么写感觉很麻烦，那么有没有更快一点的方法呢？

C标准库提供了一些宏：

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）

我们具体看一下如何用：

 运行：

 可以看到此时子进程正常结束，并获得了我们返回的退出码

如果此时还是在子进程加上一个除0错误，然后再次输出.

可以看到子进程异常退出，而 WIFEXITED这个返回了一个值0.

相对来说也是比较简单的.

终止信号

再来说进程异常退出或者崩溃，本质是操作系统杀掉了进程.

那OS是如何杀掉的呢？本质是通过发送信号的方式杀掉进程.

这是Linux下的所有信号.

 所以那个最低7个比特位，即终止信号那里，表示的是进程收到的信号.

其中code dump在后面讲解信号的时候会说明。

我们同样的输出一下最后7个比特位的值.

这个时候需要获取最后7个比特位，那就要&上0111 1111，这个十六进制表示0x7 F.

 运行：

 子进程最后收到的信号是0，说明是正常跑完的.

而退出码是在正常跑完的基础上，用来判断结果正确还是不正确的.

那我们此时写一个除0错误，让子进程异常结束.

运行：

 

 我们发现子进程收到的信号是8,信号8是SIGFPE，代表浮点数计算错误。

此时由于程序都没有正常跑完，退出码便没有了意义。因为程序都没有跑完，此时再判断结果正确已经没意义了.

而且程序异常，不只是内部代码有问题，也有可能是外部原因(如信号等).

options★

我们之前写的waitpid，父进程一直在阻塞等待直至子进程结束，也就是说子进程结束之前父进程就一直在等待，什么事情也做不了，这好像有点怪，那么我们能不能让父进程非阻塞等待呢？

这里就用到了waitpid的第三个参数.

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，立马返回。若正常结束，则返回该子进程的ID。

这个其实是个宏，内部其实是#define WNOHANG 1,也就是说你第3个参数填WNOHANG可以，填1也可以.

下面是waitpid的一段伪代码，当检测到子进程没有退出时，若检测到options是0，则父进程会直接被阻塞，本质是阻塞在系统函数内部，等待子进程被唤醒.

而如果是1，即WNOHANG,会直接返回，而不进行阻塞等待.

那么问题来了，当options==0，子进程被唤醒时，是从if后面继续向下执行，还是重新执行waitpid呢？

但是是继续执行if后面的语句，因为寄存器EIP保存的是下一行代码的地址.

 我们换做代码来理解一下它.

 等待成功，而且子进程退出或者等待失败，就退出. 

如果子进程没有退出，那么就一直做检测，相当于轮询检测. 

可以看到，子进程运行期间，父进程每隔一秒都会轮询检测一下，当子进程结束时，waitpid也检测到子进程退出，此时res>0,便输出子进程的退出信息.然后父进程循环同时也结束了，结束进程.

当然可以让父进程具体处理一些任务，比如在函数最前面加上这些代码：

 

在等待期间的这个模块：

 

 然后我们再次执行：

这个时候，父进程在等待子进程推出的同时也可以执行对应的任务了. 

问题：既然进程具有独立性，进程退出码不也是子进程数据吗，父进程凭什么拿到呢？wait/waitpid究竟做了什么呢？

我们需要从僵尸进程谈起：它是一个死亡的进程，但是至少要保留该进程的PCB信息，里面保留了任何进程退出时的退出结果信息！

僵尸进程保留自己退出信息的目的就是让别的进程来读取的！

wait和waitpid本质上是读取子进程的task_struct结构。

我们看一下内核源代码：

 wait/waitpid本质是读取到这两个字段，然后位操作设置到status这个输出型变量里，我们就拿到了.

那么wait和waitpid有权限去读取这个内核数据结构内容吗？

答案是一定有，因为wait和waitpid是系统调用！系统调用就是操作系统在调用。

我父进程没有权限读取，但我可以调用wait和waitpid让操作系统帮我去拿.

总结来说：父进程没有权限，但是wait/waitpid有权限，父进程可以调用wait/waitpid获取子进程的退出状态.

wait/waitpid本质上是把读取的子进程的退出状态 通过位操作设置到status这个输出型变量中.

所以到这里，进程的等待就结束了.