Linux系统编程 —— 回收子进程 wait

孤儿进程

一个父进程运行结束，其某些子进程还在运行，这些子进程则为孤儿进程。这些孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。

僵尸进程

进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

wait函数

// 成功：清理掉的子进程ID；    失败：-1（没有子进程）
pid_t wait(int *status);

① 阻塞等待子进程退出

② 回收子进程残留资源

③ 获取子进程结束状态（退出原因）

注意：一次调用只结束一个

当进程终止时，操作系统的隐式回收机制会：1.关闭所有文件描述符 2.释放用户空间分配的内存。内核的PCB仍存在，其中保存该进程的退出状态（正常终止 → 退出值；异常退出 → 终止信号）。

可使用wait函数传出参数status来保存进程的退出状态，借助宏函数来进一步判断进程终止的具体原因。

宏函数分为以下三组：

1. WIFEXITED(status) 为非0 → 进程正常结束

WEXITSTATUS(status) 如上宏为真，使用此宏 → 获取进程退出状态（exit的参数）

2. WIFSIGNALED(status) 为非0 → 进程异常终止

WTERMSIG(status) 如上宏为真，使用此宏 → 取得进程终止的那个信号的编号（使用 kill -l 查看编号）

*3. WIFSTOPPED(status) 为非0 → 进程处于暂停状态

WSTOPSIG(status) 如上宏为真，使用此宏 → 取得暂停终止的那个信号的编号

WIFCONTINUED(status) 为真 → 进程暂停后已经继续运行

// 例1
pid_t wpid;

wpid = wait(NULL);    // 不管子进程结束状态直接回收

if (wpid == -1) {
    perror("wait error");
    exit(1);
}

// 例2
pid_t wpid;
int status;

wpid = wait(&status);

if (wpid == -1) {
    perror("wait error");
    exit(1);
}
// 正常终止
if (WIFEXITED(status)) {
    printf("child exit with %d\n", WIFEXITSTATUS(status)); // 获取子进程退出值return / exit
}
// 异常终止
if (WIFSIGNALED(status)) {
    printf("child killed by %d\n", WTERMSIG(status));
}

while(wait(NULL)); // 循环回收子进程

waitpid函数

作用同wait，但可以指定 pid 进程清理，可以不阻塞。

// 成功：返回清理掉的子进程ID；    失败：-1（无子进程）
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数 options:

0阻塞

WNOHANG非阻塞。

参数 pid：

>0 回收指定ID的子进程

=-1 回收任意子进程（相当于wait）

=0 回收和当前调用waitpid一个组的所有子进程

<-1 回收指定进程组内的任意子进程（例：-10098表示进程组gpid = 10098的所有子进程）

返回 0：参数options值WNOHANG，且子进程正在运行。

注意：一次wait或waitpid调用只能清理一个子进程，清理多个子进程应使用循环。

非阻塞的情况使用轮询的方式回收。

可以通过杀死父进程的方式回收僵尸进程，因为父进程死亡，僵尸进程就变成孤儿进程被init进程领养，由内核进行回收。

练习：父进程 fork 3个子进程，三个子进程一个调用ps命令，一个调用自定义程序1（正常结束），一个调用自定义程序2（会出段错误）。父进程使用waitpid对子进程进行回收。

pgm1.c

#include <stdio.h>
int main (){
    printf("pgm1 is running ...\n");
    return 0;
}

pgm2.c

#include <stdio.h>
int main() {
    printf("pgm2 is running ...\n");
    char *str = "segment error";
    str[0] = 'c';
    return 0;
}

wait_test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void) {
    pid_t pid, wpid;
    int i;

    for (i = 1; i <= 3; i++) {
        pid = fork();
        if (pid == -1) {
            perror("fork error");
            exit(1);
        } else if (pid == 0) {
            switch(i) {
            case 1: execlp("ps", "ps", NULL);      break;
            case 2: execl("./pgm1", "pgm1", NULL); break;
            case 3: execl("./pgm2", "pgm1", NULL); break;
            }
            break; // 退出循环
        }
    }

    // 阻塞等价方式，清理僵尸进程
    // while(wait(NULL) > 0);
    // while(waitpid(-1, NULL, NULL) > 0);

    // 轮询方式，清理僵尸进程
    do{
        wpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG);
        if (wpid == 0) { // 子进程正在运行
            sleep(1);
        }
        if (wpid == -1) { // 没有子进程则退出循环
            break;
        }
    } while(1);

    while(1); // 保持运行...

    return 0;
}

编译执行

> gcc -o wait_test wait_test.c

> ./wait_test

运行结果：

刚执行完可以看到僵尸进程pgm1，pgm2

使用命令查看进程状态。发现已经不存在僵尸进程

> ps ajx

坑：

wait和waitpid都是父进程调用，回收子进程的，误区是兄弟间回收。

扩展阅读：

Linux系统编程 —— 回收子进程 wait

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