第八章＊进程控制（六）－－wait和waitpid函数

当一个进程终止时，不管是正常还是异常地，内核通过向父进程发送SIGCHLD来通知父进程。因为子进程的终止是一个异步事件－－它可以在父进程运行时的 任何时间发生－－所以这个信号是从内核发送给父进程的异步通知。父进程可以选择忽略这个信号，或它提供一个当信号发生时被调用的函数：一个信号处理器。这 个信号的默认行为是被忽略。我们在第10章讲述这些选项。至于现在，我们需要知道一个调用wait或waitpid的进程会：

1、阻塞，如果它所有的子进程都还在运行；

2、如果一个子进程终止并等待它的终止状态被获取，则随着子进程的终止状态立即返回；

3、如果它没有任何子进程，则立即返回一个错误。

如果进程是因为收到SIGCHLD信号而正调用wait，那么我们预期wait会立即返回。但是如果我们在任何随机的时间点时调用它，那么它会阻塞。

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *statloc);

pit_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);

两者成功返回进程ID，失败返回0或-1

这两个函数的区别如下：

1、wait函数可以阻塞调用者，直到一个子进程终止，而waitpid有选项可以避免它阻塞；

2、waitpid函数不等待最先终止的子进程；它有许多选项来控制进程等待哪个进程。

如果一个子进程已经终止并成为一个僵尸，那么wait会用子进程的状态立即返回。否则，它会阻塞调用者，直到子进程终止。如果调用者阻塞并有多个子进程，那么wait当某个进程终止时返回。我们总是可以知道哪个子进程终止了，因为这个函数返回这个进程ID。

对于两个函数，参数statloc是一个整型指针。如果参数不是一个空指针的话，那么终止的进程的终止状态由这个参数指向的地址存储。如果我们不关心终止状态，我们可以简单地传为一个空指针作为参数。

传统地，这两个函数返回的整型状态由实现来定义。（对于正常返回）其中的某些位来指明退出状态，（对于一个异常返回）另一些位指明信号号，一个位来指明是 否有核心文件产生，等等。POSIX.1规定了这个终止状态要用各种定义在里的宏查看。四个互斥宏告诉我们进程如何 终止，且它们都以WIF开头。基于这四个宏哪个为真，其它一些宏被用来获得退出状态、信号号、等等。这四个互斥宏在前面已经展示过了。

我们将在9.8节讨论工作控制时讨论一个进程如何可以被停止。

下面的代码展示了各种终止状态：

#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

void
pr_exit(int status)
{
    if (WIFEXITED(status))
        printf("normal termination, exit status = %d\n",
            WEXITSTATUS(status));
    else if (WIFSIGNALED(status))
        printf("abnormal termination, signal number = %d%s\n",
            WTERMSIG(status),
#ifdef  WCOREDUMP
            WCOREDUMP(status) ? " (core file generated)" : "");
#else
            "");
#endif
    else if (WIFSTOPPED(status))
        printf("child stopped, signal number = %d\n",
            WSTOPSIG(status));
}

int
main(void)
{
    pid_t   pid;
    int     status;

    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0)  /* child */
        exit(7);

    if (wait(&status) != pid) {   /* wait for child */
        printf("wait error\n");
        exit(1);
    }
    pr_exit(status);    /* and print its status */

    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) /* child */
        abort();        /* generates SIGABRT */

    if (wait(&status) != pid) {   /* wait for child */
        printf("wait error\n");
        exit(1);
    }
    pr_exit(status);            /* and print its stauts */


    if ((pid = fork()) < 0) {
        printf("fork error\n");
        exit(1);
    } else if (pid == 0)        /* child */
        status /= 0;            /* divide by 0 generates SIGFPE */

    if (wait(&status) != pid) {
        printf("wait error\n");
        exit(1);
    }
    pr_exit(status);

    exit(0);
}

函数pr_exit使用前面介绍的宏来打印终止状态的描述。我们将在本文很多程序里调用这个函数。注意这个WCOREDUMP宏有定义时会宏理这个宏。

FreeBSD 5.2.1、Linux 2.4.22、Mac OS X 10.3，和Solaris 9都支持WCOREDUMP宏。

下面是程序运行的结果：

normal termination, exit status = 7
abnormal termination, signal number = 6
abnormal termination, signal number = 8

不幸的是，没有一个可移植的方法来把从WTERMISG得到的信号号映射到可描述的名字。（10.21节有一种方法。）我们并须查看头文件来核查各信号的值。

正如我们已经提过的，如果我们有不只一个子进程，wait在任何一个子进程终止时返回。如果我们想等一个指定进程终止是会发生什么呢（假定我们知道我们要 等待的进程ID）？在UNIX系统的早期版本，我们必须调用wait并把返回的进程ID和我们感兴趣的那个进行比较。如果终止的进程不是我们想要的，那我 们必须保存进程ID和终止状态，然后再次调用wait。我们需要持续这样做，直到需要的进程被终止。下一次我们想等一个特定的进程时，我们需要遍历已经终 止的进程的列表来看我们是否已经等待过它，如果没有，则再次调用wait。我们需要的是一个等待特定进程的函数。这种功能（和更多功能）由POISX.1 的waitpid函数提供。

waitpid的pid参数的解释取决于它的值：

pid = -1：等待任何一个子进程。这种用法等同于wait。

pid >０：等待进程ID为pid的子进程。

pid == 0：等待任何进程组ID和调用进程相同的子进程（我们在9.4节讨论进程组ID）

pid < -1：等待任何进程组ID等于pid的绝对值的子进程。

waitpid函数返回终止的子进程的ID，并把子进程的终止状存储到statloc指向的内存地址里。对于wait，唯一的真实的错误是调用进程没有子 进程。（其它错误返回也是可能的，万一函数调用被一个信号中断。我们将在第十章讨论这个。）然而对于waitpid，还有可能当指定的进程或进程组不存 在，可不是调用进程的子进程时会得到错误。

options参数让我们更多地控制waitpid的操作。这个参数是0或者由下表里的常量的与或值组成：

常量	描述
WCONTINUED	如果实现支持工作控制，那么返回任何由pid指定的、在停止后又继续的、但其状态还没有被报告的子进程的状态。（POISX.1的XSI扩展。）
WNOHANG	如果pid指定的子进程不是立即可用的，waitpid函数不会阻塞。这种情况下，返回值为0.
WUNTRACED	如果实现支持工作控制，那么返回任何由pid指定的、其状态在停止后还未被报告的子进程的状态。WIFSTOPPED宏决定了返回值是否对应于一个停止的子进程。

Solaris支持一个补充的，但不是标准的选项常量，WNOWAIT，它让系统保存这个进程，它的终止状态由waitpid返回，以便它可以被再次等待。

waitpid函数提供了三个不被wait函数提供的特性：

1、waitpid函数让我们等待一个特定的进程，而wait函数返回任何终止的子进程的状态。我们将在讨论popen函数里再回到这个特性。

2、waitpid函数提供了一个wait的非阻塞版本。有时我们想得到子进程的状态，而不想阻塞。

3、waitpid函数用WUNTRACED和WCONTINUED选项提供了对工作控制的支持。

下面的代码避免僵尸程序：

#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int
main(void)
{
    pid_t pid;

    if ((pid = fork()) < 0) {
        fprintf(stderr, "fork error\n");
        exit(1);
    } else if (pid == 0) {  /* first child */
        if ((pid = fork()) < 0) {
            printf("fork error\n");
            exit(1);
        } else if (pid > 0)
            exit(0);        /* parent from second fork == first child */
        /*
         * We're the second child; our parent becomes init as soon
         * as our real parent calls exit() in the statement above.
         * Here's where we'd continue executing, knowing that when
         * we're done, init will reap our status.
         */
        sleep(2);
        printf("second child, parent pid = %d\n", getppid());
        exit(0);
    }

    if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid) {   /* wait for first child */
        printf("waitpid error\n");
        exit(1);
    }

    /*
     * We're the parent (the original process); we continue executing,
     * knowing that we're not the parent of the seconde child.
     */
    exit(0);
}

如果我们想写一个进程以便它fork一个子进程，但不想等待它完成，而我们又不想这个子进程变为一个僵尸，直到我们终止，技巧是调用fork两次。

我们在第二个子进程里调用sleep，保证第一个子进程在打印父进程ID之前退出。在fork之后，父进程或子进程可以继续执行，我们不会知道两个会先继 续执行。如果我们不让第二个子进程睡眠，而且它在fork后比它的父进程更早继续执行，那么它打印的父进程ID就会是它的父进程，而不是进程ID 1。

运行结果：
$ ./a.out
$ second child, parent pid = 1

注意shell当原始进程终止时打印它的命令提示符，它发生在第二个子进程打印它父进程ID之前。