【Linux】进程控制-----进程等待wait与waitpid

目录

一、进程为什么要等待：

二、父进程是如何做到进程等待的：

单进程等待：

多进程的等待：

waitpid介绍：

非阻塞轮询：

一、进程为什么要等待：

前面我们了解到，当子进程退出的时候，父进程不读取子进程的退出状态，子进程就会成为僵尸进程，造成内存泄漏的问题

1、回收僵尸进程：
当一个进程成为僵尸进程的时候，这个僵尸进程是无法被kill -9杀死的，这个时候就需要这个僵尸进程的父进程给他“善终”，就是父进程需要调用wait或者waitpid确认子进程的退出信息以回收僵尸进程的资源以防止内存泄漏

2、获取子进程的退出情况：
知道子进程的退出情况就能够知道，父进程给子进程的任务完成得怎么样了

注意：
父进程通过函数等待子进程运行结束，此时父进程属于阻塞状态

进程等待是什么：
父进程通过系统调用wait、waitpid来对子进程进行状态检测与回收的功能

二、父进程是如何做到进程等待的：

在父进程的代码中有fork函数创建代码，那么也有wait和waitpid函数进行系统调用等待子进程

可以在man手册中查看这两个函数所在的库函数和形参：

可以看到：
wait比waitpid函数要少两个形参，所以wait是waitpid的子集，waitpid比wait使用得更多，因为waitpid提供了更多的灵活性和功能

返回值：

等待成功时，返回 >0 的值
等待失败时，返回 -1
等待中，返回 0

waitpid中的形参含义：

pid表示所等子进程的pid
status为整型，在低16位中 次低8位表示退出码，第7位表示core dump标志，低7位表示终止信号
这是一个输出型参数，获取子进程的退出状态，不关心可设置为NULL（在后面会展开讲）
options是指定等待子进程的方式，包括阻塞和非阻塞等待

单进程等待：

如下：
思路就是在父进程中创建一个代码，在id == 0的代码块中执行子进程的代码，在id>0的代码块中执行父进程的代码块并且等待子进程

在上述代码中分为三个阶段：
第一个阶段是创建阶段，父进程创建5个子进程，每个子进程运行5秒
第二个阶段是父进程继续运行它自己的代码，此时子进程变为僵尸进程
第三个阶段就是父进程等到了子进程，等待成功后僵尸进程所占用的资源就会被释放

第一个阶段

第二个阶段

第三个阶段：

多进程的等待：

如上是使用wait进行等待的，wait一次是只等待一个随机的进程，

如上的代码就是首先父进程创建5个子进程，然后等到子进程运行后，结束进程变成僵尸进程，在等待5秒这些僵尸进程依次由父进程调用wait进行资源回收，

创建进程：

进程结束，还没有被父进程等到，变成僵尸进程

父进程依次等待子进程，回收僵尸进程

注意：
倘若子进程一直进行循环运行，没有退出，那么父进程也不会退出，它会一直等待子进程的返回，此时父进程就叫做阻塞等待，父进程会一直阻塞在wait()调用处，直到子进程结束，这意味着父进程在子进程结束之前不会继续执行其他任务

waitpid介绍：

返回值：
等待成功，waitpid是返回收集到的子进程的pid
等待失败：父进程只能等待自己的子进程，如果等待的不是自己的子进程就会等待失败，返回-1
如果设置了WNOHANG，而调用waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0

pid就是父进程中正在等待子进程的pid，也可以传-1，表示随机等待子进程，这就和wait一样了

status
这是一个表示状态的整型，但是不能认为这个是一个整型，这是一个输出型参数，能够将函数内部的数据通过status带出来，

总体可以看做位图，这个整型有32个比特位，其中高16位这里不使用，不需要管，只关注低16位，其中低16位又分三部分：

拿到退出码和退出信号：

exitCode = (status >> 8) & 0xFF; //退出码
exitSignal = status & 0x7F;      //退出信号

在按位与运算中，只有当两个相应的二进制位都为1时，结果位才为1，否则为0，

拿到退出码的思路：首先把这个二进程整体向右移8个比特位，然后就拿到次低8位，这些就是表示正常退出时的退出码，然后将拿到的值按位与上二进制中的八个一，也就是十六进制中的0xFF，这样就可以拿到退出码了

拿到退出信号的思路：将status直接按位与上七个1，左边的都是0，这样就可以拿到异常终止时的终止信号了

但是我们不用这么麻烦，系统中已经给了我们两个宏来直接拿到退出码，和检查进程是否正常退出
WEXITSTATUS(status)：用于获取进程的退出码
WIFEXITED(status)：用于查看进程是否是正常退出，本质是检查是否收到信号

当子进程正常终止时，WIFEXITED‌会返回一个非零值，表示子进程已经退出
否则，它将返回零，表示子进程尚未退 出或终止出错‌

上述两个宏本质上还是使用的是位运算

注意：
当一个进程异常退出时，说明该进程是被信号所杀，那么该进程的退出码也就没有意义了

如下：

最开始创建一个子进程，然后进行判断，若id < 0 则证明进程创建失败，

在id == 0的代码块是子进程所执行的，子进程运行了五秒后正常退出，退出码为0

在id > 0的代码块中是父进程所执行的，父进程运行了10秒多一点，前五秒和子进程一起运行，在后五秒就是子进程结束成为僵尸进程，父进程依然在运行，

等到父进程的while循环完后，等待子进程，回收子进程的资源，

若等待后的返回值是等于子进程的id就证明返回成功，然后就可以通过两个宏看看子进程是正常退出还是异常退出，如果ret为-1就证明等待失败（比如父进程等待的不是它自己的子进程的id），最后再过5秒后程序结束

如上，

第一个红框里就是父进程和子进程一起运行的结果

第二个红框就是子进程运行结束正常退出进程，变为僵尸进程，然后父进程继续运行

第三个红框就是父进程等待子进程成功，子进程正常退出

如果想看子进程异常退出就可以把waitpid的第一个参数改为不是这个父进程的子进程的pid即可

如果想看到子进程异常退出，则可以用信号杀死子进程

非阻塞轮询：

这里就需要使用waitpid的第三个参数：options

非阻塞轮询的核心在于“非阻塞”，即程序在等待某个事件时，不会使进程进入等待状态，而是立即返回一个状态码（waitpid返回0），程序可以继续执行其他任务，当再次调用waitpid的时候，程序再次检查

在waitpid中第三个参数，如果设置为0的话就和wait一样了，父进程一直等待子进程直到其退出变为僵尸进程然后被父进程回收，如果设置为WNOHANG的话，若pid（第一个参数）指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，父进程不等待子进程；若正常结束，返回子进程的pid

例如，修改代码，将父进程每隔一段时间调用一次waitpid()函数，若此时等待子进程还没有退出，那么父进程就不用还在这等待子进程，而是可以去做其他事，过段时间再调用waitpid()在判断子进程有没有退出，如果此时退出就可以回收子进程的资源

如上：

这就是父进程一开始就直接等待子进程直到子进程退出