Linux:进程退出 与 进程等待wait,waitpid

1.进程退出

1.1 进程退出介绍

进程退出场景

  • 代码运行完毕,结果正确
  • 代码运行完毕,结果不正确
  • 代码异常终止

进程常见退出方法:

1. 正常终止(可以通过 echo $? 查看进程退出码):

  1. 从main return
  2. 调用exit
  3. _exit

?:保存的是最近一个子进程执行完毕时的退出码

2. 异常退出:

  • ctrl + c
  • 信号终止(后面讲解)

为什么要有退出码?

在多进程环境中,父进程创建子进程的目的是什么?是帮助父进程办事,子进程把事情办得怎么样?父进程是需要知道的。

main函数的返回码是可以被父进程获取的,用来判断子进程main的运行结果,main函数返回0,代表成功,非0,表示失败。这个进程是因为什么原因失败的,我们可以返回不同的数字,用不同数字代表不同的原因。

1.2 _exit,exit 与 return

1. _exit函数 是系统调用:终止调用的进程

说明:虽然status是int,但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时,在终端执行$?发现返回值是255。

exit是系统调用。终止进程时候,不会刷新缓冲区,缓冲区的内容会被丢弃掉。

2. exit函数是库函数:让一个正常的程序终止

exit内部最后也会调用_exit,但在调用_exit之前,还做了其他工作: 

  1. 关闭所有打开的流,所有的缓存数据均被写入。即刷新缓冲区,printf会立即打印。
  2. 调用 _exit

3. return退出:是库函数

  1. return是一种更常见的退出进程方法。main函数执行return n等同于执行exit(n),会将main的返回值当做 exit 的参数。
  2. main函数中return表示进程退出,其他函数中return表示的是函数调用结束。
  3. return 与 exit 都是库函数,会刷新缓冲区。

1.3 C语言的错误码:errno

根据不同的结果现象,返回不同的退出码。

错误码vs退出码

  • 错误码通常是衡量一个库函数或者是一个系统调用的调用情况。
  • 退出码通常是一个进程退出的时候,他的退出结果。

当失败的时候,用来衡量函数、进程出错是的出错详细原因。

1.4 异常问题

代码异常终止,为什么终止了呢?进程出异常,本质是进程收到了对应的信号,自己终止了。

我们可以手动使用kill 命令给这个进程发送11号信号:段错误,使进程异常终止。

所以,一个进程是否出异常,我们只要看有没有收到信号即可。

2.进程等待

2.1 什么是进程等待

通过 wait/waitpid 系统调用的方式,让父进程对子进程进行资源回收的等待过程

2.2 为什么要进行等待

  • 之前文章讲过,子进程退出,父进程如果不管不顾,就可能造成“僵尸进程”的问题,进而造成内存泄漏。
  • 另外,进程一旦变成僵尸状态,那就刀枪不入,“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力,因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
  • 最后,父进程派给子进程的任务完成的如何,我们需要知道。需要通过进程等待的方式获取子进程退出的信息,两个数字,退出码和终止信号来判断结果对还是不对,或者是否正常退出。但不是必须的,而系统需要提供这样的基础功能!
  • 父进程通过进程等待的方式,回收子进程资源,获取子进程退出信息

2.3 如何进行等待

2.3.1 wait() 方法

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


pid_t wait(int*status);


返回值:
成功:返回被等待进程pid。失败(没有子进程):返回-1。
参数:
输出型参数,获取子进程退出状态,不关心则可以设置成为NULL

关于参数status  

  • wait和waitpid,都有一个status参数,该参数是一个输出型参数。
  • 如果传递NULL,表示不关心子进程的退出状态信息。否则,操作系统会根据该参数,将子进程的退出信息反馈给父进程。
  • status不能简单的当作整形来看待,可以当作位图来看待,具体细节如下图(只研究status低16比特位)

core dump 标志我们这里不关心。 

三种退出方式的status:

  • 代码运行完毕,结果正确。退出状态为0,终止信号为0。
  • 代码运行完毕,结果不正确。退出状态不为0,终止信号为0。
  • 代码异常终止。退出状态为0,这里退出状态已经没有意义。终止信号不为0。

这里退出状态和终止信号可以使用位运算获得,退出码也可以通过系统定义的宏来获得:

  • WIFEXITED(status): 若为非零(真),表示进程正常结束。(查看进程是否是正常退出)
  • WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零(真),提取子进程退出码。(查看进程的退出码)

代码示例:

 执行结果:

wait()函数的作用是等待任意一个子进程结束,父进程这里采用阻塞等待,会等子进程执行完变成僵尸状态,wait()回收后,父进程才会继续执行。

2.3.2 waitpid() 方法

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

返回值:

  • >0:当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID;
  • ==0:如果参数options设置为WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0;
  • <0:如果调用中出错,不存在子进程,或pid输错,则返回-1,

参数:

  • pid:Pid = -1,等待任意一个子进程,与wait等效。Pid > 0,等待其进程ID与pid相等的子进程(即指定要回收的子进程)。
  • status:上面已经讲过。
  • options:0:表示让父进程采用阻塞等待,等子进程执行完父进程再执行WNOHANG: 若pid指定的子进程没有结束,则waitpid()函数返回0,不予以等待,回收采用非阻塞轮询方式,使用这里选项的目的是如果子进程没有执行完,不用让父进程一直处于阻塞等待状态,父进程可以做自己的事情。

代码示例:

void Worker(int cnt)    
{
    printf("I am a child ,pid:%d , cnt :%d\n",getpid(),cnt);
}

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child;
        int cnt = 5;
        while(cnt)
        {
            Worker(cnt);    
            cnt--;    
            sleep(2);    
        }                                                                                                  
        exit(0);       
    }    
             
    //father        
    while(1)//非阻塞轮询                                                                                               
    {            
        int status = 0;    
        pid_t rid = waitpid(id, &status,WNOHANG);     
        if(rid>0)    
        {    
            //wait success,child quit now;    
            printf("child quit success,exit code:%d,exit signal:%d\n",(status>>8)&0xff,status&0x7f);    
            break;    
        }    
        else if(rid == 0) 
        {
            //wait success,but child not quit.
            printf("child is alive,wait agin,father do other thing....\n");
        }
        else
        {
            //wait failed,child unknow
            printf("wait failed\n");
            break;
        }
        sleep(1);                                                                                                       

    }
    return 0;
}

运行结果:

相关问题:

父进程如何得知子进程的退出信息呢?

PCB中有exit_code和exit_signal字段,子进程退出的时候,要修改状态Z,并将子进程的退出信号和退出码写入PCB中,让父进程回收读取。

本篇结束! 

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