初识Linux · 进程等待

前言：

通过前文的学习，我们已经了解了进程终止的概念，包括终止的三种情况以及退出码和错误码的使用。对于退出码，我们知道可以通过echo $?来查看，并了解了如何终止进程。

本文将深入探讨进程等待，从三个方面进行分析：进程等待是什么？为什么需要等待？等待时在做什么？通过这三个方面的学习，相信同学们将对Linux中的进程等待有更深刻的理解。

进程等待是什么思考：在什么情况下会发生等待的情况？

情况实例：当父进程创建了子进程，而父进程任务结束时，子进程尚未结束，父进程需要等待子进程退出。这种情况就是等待。

那么，如果父进程不等待，直接退出，会引发什么后果呢？

如果父进程不等待，直接退出，那么子进程会变成僵尸进程，导致的问题包括内存泄漏，这是一个非常危险的问题。因此，通常情况下，父进程需要等待子进程退出。

以bash为例，如果我们执行的所有指令和可执行文件bash都不回收，那么内存将一次性耗尽，我们的机器很快就会报废。

因此，我们得出结论：

进程等待是指父进程在完成自己的任务后，为了系统的稳定性，需要等待子进程退出。

为什么需要进程等待除了考虑内存泄漏引发的安全问题，父进程还需要考虑获取子进程的退出信息，这是一个可选的选项，因为不是所有的子进程都需要父进程获取退出信息。

进程等待都在做什么前面两点，即便是没有学习过进程等待的同学也应该有所了解。今天的重点实际上是在等待子进程时，父进程在做什么。

为了介绍父进程等待时在做什么，我们不妨从一个函数开始——waitpid：

从man 2号手册我们可以看到，waitpid的头文件是sys/types.h和sys/wait.h。其实，到现在为止，一个函数需要两个头文件我们已经见怪不怪了，比如fork函数，除了types还需要unistd头文件，这也可以说是一种学习的里程碑。

那么，参数方面，一共有三个：

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

这三个参数分别是：pid，即父进程要等待的子进程的pid，因为一个父进程可能创建多个子进程，需要指定等待哪个子进程；第二个参数是输出型参数，可能直接这么说我们不好理解，看这段代码就知道了：

int a = 0;scanf("%d",&a);

scanf的参数就是输出型参数，即不是给OS的，是给用户看的。第三个参数就像ls -a -l -n，这么多选项一样。

这里还有一个点，如果我们将pid参数设置为-1会怎么样呢？——等待的就是任意进程了。

对于返回值，我们简单先理解为如果等待成功，返回的就是子进程的pid，否则返回-1：

代码为：

#include <stdio.h>
#include <sys>
#include <unistd.h>
#include <wait.h>
#include <stdlib.h>
void ChildRun(){
    //int *p = NULL;
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
        printf("I am child process, pid: %d, ppid:%d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt);
        sleep(1);
        cnt--;
        //*p = 100;
    }
}
int main(){
    printf("I am father, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        // child
        ChildRun();
        printf("child quit ...\n");
        exit(123);
    }
    sleep(7);
    // fahter
    //pid_t rid = wait(NULL);
    int status = 0;
    pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
    if(rid > 0)
    {
        printf("wait success, rid: %d\n", rid);
    }
    else
    {
        printf("wait failed !\n");
    }
    sleep(3);
    printf("father quit, status: %d, child quit code : %d, child quit signal: %d\n", status, (status>>8)&0xFF, status & 0x7F);
    return 0;
}
</stdlib.h>
</wait.h>
</unistd.h>
</sys>
</stdio.h>

当然了，对于waitpid我们应该先了解一下wait：

wait其实就一个输出型参数，所以，如果输出型参数设置为NULL，就是代表不关心这个子进程，也就没了。因此，我们了解了waitpid之后，自然就了解了wait。waitpid的参数设置为-1也就和wait等效了。

对于正常来说，子进程进入了一个函数，通过cnt进行计时，5秒之后，子进程结束了，变成了僵尸，父进程还没有结束，父进程sleep一过开始回收，此时就回收成功：

我们通过指令：

while :; do ps -xaj | head -1 && ps -xaj | grep main | grep -v grep; sleep 1;done

就可以亲眼看到进程从僵尸状态变成了正常状态。

此时，细心的同学发现了最后打印的时候，打印了子进程的退出码，以及一个信号码：

那么因为这里都是正常退出的，所以退出码我们自己设置的是123，所以打印出来也是123，至于有什么含义呢，我们自己规定即可。对于信号码来说，我们需要了解一个点：

退出信息的本质是什么？

退出信息本质上是一块有16bit位的空间，0 - 7bit位代表的是信号，8 - 15bit位代表的是退出码，退出信息实际上等于退出码 + 信号码，退出信息里面的core dump我们暂且不考虑，我们需要知道退出码从哪里看？

你看代码，代码打印退出码，打印信息码的时候，我们是不是通过按位与操作获取了某个特定区域的bit位并且打印出来了。那个操作实际上就是代表的取退出码和取信号码。

那么你是否会觉得退出码和信号码为什么只需要这么多个？

我们可以看：

拿信号举例，一共就那么多，7个bit位还多了呢，退出码同理可得即可。

那么这里我们注意一下，11号信号是段错误，我们如果让子进程发生越界访问：

也就是这里让空指针修改一下：

可以看到退出码为0，可是我们知道如果发生了越界，进程终止实际上是被信号所杀，退出码实际上是没有用处的，这里的信号码为11，我们就知道了，是OS给子进程发送了11号信号，从而导致了子进程终止，但是父进程正常等待是成功了的。

父进程等待的时候，就一点事儿都不做吗？

不完全是的，父进程等待的时候分为两种等待，一种是阻塞等待，一种是非阻塞等待。对于阻塞等待，就像scanf，输入数据之后，需要等待键盘数据就绪，这是一种阻塞，而子进程本质也是软件，父进程实际上就是等待该软件就绪，也就是啥也不干，就等着呗。

这是阻塞等待。

那么非阻塞等待就需要借助我们的WNOHANG，也就是第三个参数。

此时是非阻塞等待，那么父进程一般要做的就是边做自己的事，通过循环，每过一段时间就问子进程是否结束没有，此时这个过程：非阻塞等待 + 循环 = 非阻塞轮询。

至于等待的三种情况，等待成功，pid_t返回的值是大于0，==0代表的是等待成功，但是子进程正准备结束了，

那么如果子进程是个死循环父进程一直等待不了怎么办，这就是OS的事儿了。

非阻塞呢，就是将第三个参数设置为WNOHANG即可。

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