初识Linux · 进程等待

前言：

通过上文的学习，我们了解了进程终止，知道终止是在干什么，终止的三种情况，以及有了退出码，错误码的概念，对于错误码，我们知道不同的人对于错误码有自己的一套体系，对于退出码，我们知道可以使用echo $?来查看，并且知道了如果终止进程。

那么本文，我们来学习进程等待，我们从三个方面来看，进程等待是什么？为什么要等待？等待是在做什么？从以上几个方面，相信同学对于Linux中的进程等待有更深层次的理解。

进程等待是什么

思考：什么情况下会发生等待的情况？

情况实例：父进程创建了子进程，父进程任务结束，子进程还没有结束，父进程需要等待子进程退出。这种情况就是等待。

那么不等待会引发的后果是什么呢？

如果父进程不等待，直接退出，那么子进程会变成僵尸进程，僵尸进程导致的问题有内存泄漏，其中内存泄漏是一个很危险的问题，所以进程一般情况下，父进程都是要等待退出的。

拿bash再举一个例子，如果我们执行的所有指令，所有可执行文件bash都不回收，那么内存就是一次性的，我们的机器也用不了多久就会报废了。

所以我们得出结论：

进程等待是父进程比子进程先结束自己的任务，所以父进程为了 整个系统的稳定性，需要等待子进程。

为什么需要进程等待

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都应该知道有那么回事，今天的重点实际上是在等待子进程的时候父进程是在做什么。

那么为了介绍父进程等待的时候在做什么，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 sys/wait.h，其实到现在一个函数需要两个头文件我们也见怪不怪了，比如fork函数，除了types还需要的头文件是unistd，这也可以说是一种学习的里程碑吧！

那么参数方面，一共有三个:

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

一个pid，一个是输出型参数，一个是对应的选项。

三个参数的理解为，pid就是父进程要等待的子进程的pid，毕竟一个父进程可能创建多个子进程，要等待谁呢？得指定吧。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，pid的参数如果我们给-1会怎么样呢？->等待的就是任意进程了。

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

代码为：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#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;
}

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，所以我们了解了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

就可以亲眼看到了进程从僵尸状态变成了正常状态了。

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，< 0代表的是等待失败。

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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