wait()和waitpid()

wait函数的原型为:pid_t wait(int *status)
当进程退出时,它向父进程发送一个SIGCHLD信号,默认情况下总是忽略SIGCHLD信号,此时进程状态一直保留在内存中,直到父进程使用wait函数收集状态信息,才会清空这些信息。
用wait来等待一个子进程终止运行称为回收进程。当父进程忘了用wait()函数等待已终止的子进程时，子进程就会进入一种无父进程的状态,此时子进程就是僵尸进程。
wait()要与fork()配套出现,如果在使用fork()之前调用wait(),wait()的返回值则为-1,正常情况下wait()的返回值为子进程的PID.
如果先终止父进程,子进程将继续正常进行，只是它将由init进程(PID 1)继承,当子进程终止时,init进程捕获这个状态.

I）僵尸进程的形成
#include
#include
#include
#include

int main (void)
{
        pid_t pc,pr;
        pc = fork();
        if (pc < 0)
            printf("error ocurred!\n");
        else if(pc == 0)

        {
            printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());
        }
        else

        {
            sleep(20);
            printf("This is partent with pid of %d\n",getpid());
        }
        exit(0);
}
编译zombie.c
gcc zombie.c -o zombie
运行生成的程序
./zombie
同时查看zombie的进程状态
ps -C zombie -o ppid,pid,stat,cmd
PPID   PID STAT CMD
24233 26056 S+   ./zombie
26056 26057 Z+   [zombie]
20秒后,查看程序的运行结果,如下:
./zombie
This is child process with pid of 26057
This is partent with pid of 26056
结论：
当父进程忘了用wait()函数等待已终止的子进程时,子进程就会进入一种无父进程清理自己尸体的状态,此时的子进程就是僵尸进程.
在上面的例子中,子进程(26057)虽然执行完毕,但父进程没有调用wait(),出现子进程虽然死亡,而不能在内核中清理尸体的情况.
在sleep(20);前面加入wait(NULL);再编译运行,运行结果没有了僵尸进程,说明已经被父进程用wait()回收掉了.
如下:
ps -C zombie -o ppid,pid,stat,cmd
PPID   PID STAT CMD
12051 12107 S+   ./zombie

II) 关于父进程调用wait()与fork()配套使用的问题.
对上面的程序进行修改,在fork()调用前使用wait()函数,如下:
#include
#include
#include
#include
int main ()
{
        pid_t pc,pr;
        pr = wait(NULL);
        pc = fork();
        if (pc < 0)
            printf("error ocurred!\n");
        else if(pc == 0)

        {
            printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());
        }
        else

        {
            sleep(20);
            printf("I catched a child process with pid of %d\n",pr);
        }
        exit(0);
}
编译执行:
gcc wait1.c -o wait1
./wait1
This is child process with pid of 24008
I catched a child process with pid of -1
wait(NULL)的返回值为-1.

在另一个终端查看wait1进程的状态,发现wait()并没有回收掉子进程.

ps -C wait1 -o ppid,pid,stat,cmd

PPID   PID STAT CMD

23286 24007 S+   ./wait1

24007 24008 Z+   [wait1]

调整wait()的位置,如下:

else{
        pr = wait(NULL)
        sleep(20);
        printf("I catched a child process with pid of %d\n",pr);
    }

再编译执行:

gcc wait1.c -o wait1

./wait1

This is child process with pid of 24085

I catched a child process with pid of 24085

wait(NULL)的返回值为子进程PID

在另一个终端查看wait1进程的状态,发现wait()回收掉了子进程.

ps -C wait1 -o ppid,pid,stat,cmd

PPID   PID STAT CMD

23286 24084 S+   ./wait1

III) wait()的参数
如果参数的值不是NULL,wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中,这是一个整数值(int),指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的,
由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中,所以就设计了一套专门的宏来完成这项工作，其中最常用的两个：
1、WIFEXITED(status)这个宏用来指出子进程是否为正常退出的,如果是,它会返回一个非零值.
2、WEXITSTATUS(status)当WIFEXITED返回非零值时,我们可以用这个宏来提取子进程的返回值,如果子进程调用exit(5)退出,WEXITSTATUS(status)就会返回5;
如果子进程调用exit(7),WEXITSTATUS(status)就会返回7.请注意,如果进程不是正常退出的,也就是说,WIFEXITED返回0,这个值就毫无意义.

以下面的例子说明wait()参数与宏的调用:

#include
#include
#include

int main ()
{

int status;

pid_t pc,pr;

pc =  fork();

if (pc < 0)

printf("error ocurred!\n");

else

if(pc == 0){

printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());

exit (3);

}

else{

pr = wait(&status);

if(WIFEXITED(status)){

printf("The child process %d exit normally.\n",pr);

printf("The WEXITSTATUS return code is %d.\n",WEXITSTATUS(status));

printf("The WIFEXITED return code is %d.\n",WIFEXITED(status));

}else

printf("The child process %d exit abnormally.\n",pr);

}

}

编译并运行.

gcc wait2.c -o wait2

./wait2

This is child process with pid of 24819

The child process 24819 exit normally.

The WEXITSTATUS return code is 3.

The WIFEXITED return code is 1

解释:由于子进程是正常退出,所以WIFEXITED(status)返回非零值,也就是1,这时WEXITSTATUS(status)返回3.

把上面的程序进行调整,在子进程中增加了sleep(30),并输出子进程非正常退出的状态.

修改后的程序如下:

#include

#include

#include

int

main ()

{

int status;

pid_t pc,pr;

pc =  fork();

if (pc < 0)

printf("error ocurred!\n");

else

if(pc == 0){

printf("This is child process with pid of %d\n",getpid());

sleep(30);

exit (3);

}

else{

pr = wait(&status);

if(WIFEXITED(status)){

printf("The child process %d exit normally.\n",pr);

printf("The WEXITSTATUS return code is %d.\n",WEXITSTATUS(status));

printf("The WIFEXITED return code is %d.\n",WIFEXITED(status));

}else

printf("The child process %d exit abnormally.\n",pr);

printf("Status is %d.\n",status);

}

return 0;

}

gcc wait3.c -o wait3

./wait3

This is child process with pid of 25261

在终端2终止wait3进程

ps -C wait3 -o ppid,pid,stat,cmd

PPID   PID STAT CMD

23286 25260 S+   ./wait3

25260 25261 S+   ./wait3

kill -9 25261

在终端1看到如下的信息:

The child process 25261 exit abnormally.

Status is 9.

解释:我们看到在子进程非正常中断后,用wait(&status)回收子进程,将子进程的状态存到status中,status为整型变量.

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

对于进程的一生可以用一些形象的比喻作一个小小的总结：
随着一句fork，一个新进程呱呱落地，但它这时只是老进程的一个克隆。
然后随着exec，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。
人有生老病死，进程也一样，它可以是自然死亡，即运行到main函数的最后一个”}”，从容地离我们而去；也可以是自杀，自杀有2种方式，一种是调用 exit函数，一种是在main函数内使用return，无论哪一种方式，它都可以留下遗书，放在返回值里保留下来；它还甚至能可被谋杀，被其它进程通过另外一些方式结束他的生命。
进程死掉以后，会留下一具僵尸，wait和waitpid充当了殓尸工，把僵尸推去火化，使其最终归于无形。
在 linux中wait系统调用 一文中介绍了其中的一个殓尸工wait， 下面介绍另一个waitpid，这个貌似复杂些。

waitpid函数原型：
#include /* 提供类型pid_t的定义 */
#include
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options);

从本质上讲，系统调用waitpid和wait的作用是完全相同的，但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pid和options，从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数：

pid：
    从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。

1. pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。
2. pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。
3. pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。
4. pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

options：
      options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用”|”运算符把它们连接起来使用，比如：
      ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);
      如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，如：
      ret=waitpid(-1,NULL,0);
      如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。
      而WUNTRACED参数，用于跟踪调试，极少用到，就不说了。

查看linux源代码 unistd.h 我们会发现，其实 wait 就是经过包装的 waitpid:
static inline pid_t wait(int * wait_stat)
{
    return waitpid(-1,wait_stat,0);
}

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

1. 当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；
2. 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；
3. 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；

当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；

下面看一个简单的例子：

   1. /* waitpid.c */
   2. #include
   3. #include
   4. #include
   5. #include
   6.
   7. int main()
   8. {
   9.     pid_t pc, pr;
  10.
  11.     pc = fork();
  12.     if ( pc < 0 ) /* fork错误*/
  13.     {
  14.         printf("fork error\n");
  15.         exit(1);
  16.     }
  17.     else if ( pc == 0 ) /*在子进程中*/
  18.     {
  19.         sleep(10);
  20.         exit(0);
  21.     }
  22.     else
  23.     {
  24.         do {/* 使用了WNOHANG参数，waitpid不会在这里等待 */
  25.             pr = waitpid(pc, NULL, WNOHANG);
  26.             if ( pr == 0 )
  27.             {
  28.                 printf("No child exit\n");
  29.                 sleep(1);
  30.             }
  31.         }while (pr == 0 );
  32.         if ( pr == pc )
  33.             printf("successfully get child %d\n", pr);
  34.         else
  35.             printf("wait child error\n");
  36.     }
  37.     return 0;
  38. }

编译并运行：
$ gcc -o waitpid waitpid.c
$ ./waitpid
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
No child exit
successfully get child 4607

父进程经过10次失败的尝试之后，终于收集到了退出的子进程。父进程和子进程分别睡眠了10秒钟和1秒钟，代表它们分别作了10秒钟和1秒钟的工作。父子进程都有工作要做，父进程利用工作的简短间歇察看子进程的是否退出，如退出就收集它。