三、进程等待
1.进程等待的必要性
1.子进程退出，父进程如果不获取到子进程的退出信息，就可能造成 僵尸进程 的问题，进而造成内存泄漏。
2.进程一旦变成僵尸状态，所谓的 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。
3.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。
4.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.进程等待方法
1.wait方法
函数原型以及所需头文件
#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait(int *status);
返回值：等待成功则返回等待进程的PID，等待失败，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
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> /* 代码含义：通过fork创建子进程，实现5次打印，然后终止掉子进程，子进程便处于僵尸状态。同时父进程是处于等> 待状态的，在10秒后开始对子进程进行处理（也就是获取子进程的pid），处理结束，子进程退出。父进程此时再次等 待10秒后退出。 */ int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 5; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(0); } sleep(10); printf("father wait begin..\n"); pid_t cur = wait(NULL); if(cur > 0){ printf("father wait：%d success\n", cur); } else{ printf("father wait failed\n"); } sleep(10); }
对以上代码编译之后，编写一个shell脚本，进行进程的持续检测。
[mlg@VM-20-8-centos lesson4-进程控制]$ while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep; sleep 1; echo "**********************"; done
2.waitpid方法
函数原型以及所需头文件
#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> 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PID。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> /* 代码含义：通过fork创建子进程，实现5次打印，然后终止掉子进程，子进程便处于僵尸状态。同时父进程是处于等> 待状态的，在10秒后开始对子进程进行处理（也就是获取子进程的pid），处理结束，子进程退出。父进程此时再次等 待10秒后退出。 */ int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 5; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(0); } sleep(10); printf("father wait begin..\n"); //pid_t cur = waitpid(id, NULL, 0);//等待指定一个子进程 pid_t cur = waitpid(-1, NULL, 0);//等待任意一个子进程 if(cur > 0){ printf("father wait：%d success\n", cur); } else{ printf("father wait failed\n"); } sleep(10); }
结果和wait一样
3.获取子进程status
1.什么是status
int* status：它是一种输出型的参数
所谓获取子进程的status，就是获取子进程退出时的退出信息；
首先，在子进程中分别用exit(0)和exit(10)来中断子进程，父进程获取status值，判断进程的退出状态
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 3; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(0);//比较exit(10)或任意值 } printf("father wait begin..\n"); int status = 0; pid_t cur = waitpid(id, &status, 0); if(cur > 0){ printf("father wait：%d success，status：%d\n", cur, status); } else printf("father wait failed\n"); } }
通过上面的运行结果，我们本来以为status应该是0和10，但和预期的结果却有所不同。这里我们仔细思考一下： 父进程拿到什么样的status结果，一定是和子进程如何退出强相关的。子进程退出问题不就是进程退出嘛。
进程退出不就是三种情况：
1.代码运行完毕，结果正确
2.代码运行完毕，结果不正确
3.代码异常终止
也就是父进程只要通过status反馈出这三种情况，做出相应的决策。
所以代码中的 int status 就不能简单的理解为单纯的整数了！！！！！！
2.status的构成
在上文中，我们对status有了一定的了解后，接下来谈一谈status的构成。
status是由32个比特位构成的一个整数，目前阶段我们只使用低16个位来表示进程退出的结果，如下图所示，就是status低16位的表示图；
进程正常退出有两种，与退出码有关，异常退出与信号有关；（结合上文的进程退出的概念）所以这里我们就需要获取到两组信息：退出码与信号；如果没有收到信号，就表明我们所执行的代码是正常跑完的，然后在判断进程的退出码，究竟是何原因使进程结束的；反之则是异常退出，也就不需要关心退出码了；
3.如何获取status
结合下图，我们用次低8位表示进程退出时的退出状态，也就是退出码；用低7位表示进程终止时所对应的信号；
此时，我们想要拿到这个退出码和信号的值，我们是不是只要拿到了这低16个比特位中的次低8位和低7位就可以了；具体操作如下图所示
status exit_code = (status >> 8) & 0xFF; //退出码 status exit_code = status7 & 0x7F; //退出信号
接下来将上面的代码重新整理如下，测试子进程的退出状态时的退出码及是否获取到了信号
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 3; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(10); } printf("father wait begin..\n"); int status = 0; pid_t cur = waitpid(id, &status, 0); if(cur > 0){ printf("father wait：%d success, status exit_code：%d, status exit_signal：%d\n", cur, (status >> 8)& 0xFF, status & 0x7F); } else printf("father wait failed\n"); } }
通过运行结果可以看出，刚好与我们所给的退出码对应，并且没有接受到信号，意味着正常退出，但是这里我们所给的退出码是10，至于退出码的含义可以自由设定。
综上所述，我们理解一下进程退出的三种情况：
1.代码运行完毕，结果正确；对应如下：
2.代码运行完毕，结果不正确；对应如下：
3.代码异常终止；对应如下：
接下来我们在看一段代码以及运行结果：
我们通过这三张图，可以发现，命令行解释器（bash）能够获取到退出码，并且bash是命令行启动的所有进程的父进程（不难看出，我们通过进程查看7120，相应的进程就是bash）所以，bash也一定是通过子进程去执行这段程序，也一定通过wait方式得到子进程的退出结果，刚好我们能看到echo $?能够查到子进程的退出码！
其实这里就是想说，系统也是有自带的，能够获取退出码与退出信号的宏
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）
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 3; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(1); } printf("father wait begin..\n"); int status = 0; pid_t cur = waitpid(id, &status, 0); if(cur > 0){ if(WIFEXITED(status)){//没有收到任何退出信号的 //正常结束，获取对应的退出码 printf("exit code：%d\n",WEXITSTATUS(status)); } else{ printf("error：get a signal！\n"); } } }
4.阻塞等待与非阻塞等待
这里我们所讲的阻塞等待和非阻塞等待，其实就是waitpid函数的第三个参数，我们之前并未提及，直接给的是0，这种是默认行为，阻塞等待；如果设置为WNOHANG，表示的是非阻塞等待方式。
阻塞等待：父进程一直在等待子进程，什么事都不干，直到子进程正常退出。
非阻塞等待：父进程的PCB由运行队列转变为等待队列，直达子进程结束，操作系统获取到子进程退出的信号时，再将父进程从等待队列中调度到运行队列，由父进程去获取子进程的退出码以及退出信号。
//基于阻塞等待的轮询访问 #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> int main() { pid_t id = fork(); if(id == 0){ int ret = 10; while(ret){ printf("child[%d] is running：ret is %d\n", getpid(), ret); ret--; sleep(1); } exit(1); } int status = 0; while(1){ pid_t cur = waitpid(id, &status, WNOHANG); if(cur == 0){ //子进程没有退出，但是waitpid等待是成功的，需要继续重复进行等待 printf("Do father things!\n"); } else if(cur > 0){ //子进程退出了，waipid也成功了，获取到了对应的结果 printf("father wait：%d success, status exit_code：%d, status exit_signal：%d\n", cur, (status >> 8)& 0xFF, status & 0x7F); break; } else{ //等待失败了 perror("waitpid"); break; } sleep(1); } }
从运行结果可以看出，父进程在不断的查看子进程是否退出，若未退出，则父进程先去忙自己的事情，过一段时间再来查看，直到子进程退出后读取子进程的退出信息。
