【进程等待】是什么 | 为什么 | 怎么办

【进程等待】是什么 | 为什么 | 怎么办 | wait阻塞等待

进程等待是什么？

为什么要进程等待？

如何进程等待？

wait

阻塞等待

进程等待是什么？

进程终止会把进程退出的数据（退出码和退出信号）存放到进程的PCB中保存下来，让父进程进行等待。
任何一个子进程在退出时，默认情况下，必须被父进程等待。
任何子进程，在退出的情况下马，一般必须要被父进程进行等待。
3号手册是库函数
2号手册是系统调用函数

若这个子进程的父进程被杀死或父进程不存在，则这个子进程被称为孤儿进程。
孤儿进程会被OS领养，所以严格来讲父进程也存在，父进程就是OS。

子进程在退出的时候，如果父进程不管不顾（父进程不等待）。

子进程退出之后，就处于Z状态（僵尸状态），一直处于Z状态。

很多进程处于Z状态且一直处于Z状态，进程的PCB存在非常大的占空间，非常大的结构体对象，则会造成内存泄露问题。

为什么要进程等待？

❓为什么要进程等待

为了获得子进程的退出信息（子进程的任务执行的结果怎么样用户需要知道）
防止内存泄露

父进程通过等待，解决子进程退出的僵尸问题，回收系统资源（一定要考虑的）
获取子进程的退出信息，知道子进程是因为什么原因退出的（可选功能）

后面有一些不用等待的场景，后面谈。

如何进程等待？

父进程在子进程运行期间一般都在等待。
父进程在子进程运行的期间也可以做别的事情，一般都让其等待。
父进程等待子进程用系统调用函数
wait & waitpid
man 2 wait/waitpid
系统调用函数作用：等待一个子进程的状态发生变化
#include <sys/types.h> #include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

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

wait() 和 waitpid() 是 Unix/Linux 系统调用，用于等待一个或多个子进程的终止。成功这些函数返回一个进程pid，表示已终止的子进程的pid。如果出错，则返回-1。
参数后面也会详细讲解和举例。参数暂时设为NULL。

在Unix和Linux编程中，wait（或更常见的waitpid）函数用于使父进程等待一个或多个子进程结束，并获取其结束状态。这些函数的返回值和参数在不同的上下文中有所不同，但我会为你解释它们的基本含义。

waitpid 函数

waitpid函数的原型如下：

#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数：

pid：要等待的子进程的ID。如果pid小于-1，则等待任何组ID等于abs(pid)的子进程。如果pid等于-1，则等待任何子进程。如果pid为0，则等待与调用进程同组的任何子进程。如果pid大于0，则等待进程ID等于pid的子进程。
status：一个指向整数的指针，该整数将接收关于子进程状态的信息。你可以使用宏（如WIFEXITED, WEXITSTATUS, WIFSIGNALED, WTERMSIG等）来检查这个状态值。
options：影响函数行为的选项。常见的选项有WNOHANG（如果子进程没有结束，则立即返回），WUNTRACED（如果子进程因信号而停止，则也返回），以及WCONTINUED（如果子进程因SIGCONT信号而恢复，则也返回）。

返回值：

如果成功，waitpid返回等待的子进程的PID。
如果设置了WNOHANG并且没有子进程可用，则返回0。
如果发生错误，则返回-1，并设置errno以指示错误。

wait 函数

wait函数是waitpid函数的一个特例，它仅等待任何子进程结束，而不提供额外的选项。

其原型如下：

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

这个函数的参数和返回值与waitpid类似，但没有pid和options参数。

总的来说，wait和waitpid函数用于在父进程中同步子进程的结束，并获取其状态信息。这在需要处理子进程输出、检查其退出状态或确保子进程正确结束的场景中非常有用。

wait

请看下面代码☞☞
父进程等待子进程耗费的时间❓
fork之后创建子进程，父子进程是同时执行各自的任务吗❓
main函数没有return或者exit也会终止吗❓
子进程运行5ms退出，进程终止了
父进程在子进程运行5ms是也sleep5ms，子进程终止之后，继续sleep5ms
这里就存在一个5ms的窗口时间：子进程已经终止了，父进程还在休眠，短暂的看到子进处于僵尸状态，Z状态。
当父进程结束休眠，等待子进程，可以看到子进程的僵尸状态消失了且PCB被回收了。
以上就证明了等待是会解决子进程的僵尸问题的
等待的本质就是：获取子进程退出信息（退出码&退出信号）并让OS把PCB释放掉（就是把子进程的Z状态☞X状态）

 myprocess.c  
  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<sys/wait.h>
  7 
  8 void ChildRun()
  9 {
 10   int cnt = 5;
 11   while(cnt--)
 12   {
 13     printf("I am child,pid: %d,ppid: %d,cnt: %d\n",getpid(),getppid(),cnt);
 14     sleep(1);                                                                                      
 15   }
 16 }
 17 
 18 int main()
 19 {
 20   printf("I am father,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());//父进程
 21   pid_t id = fork();
 22   if(id == 0)//child子进程
 23   {
 24     //子进程循环运行
 25     ChildRun();
 26     printf("Child quit...\n");
 27     exit(0);//终止进程，子进程直接僵尸
 28   }
 29   //子5s
 30   //父10s
 31   //father父进程，父进程在子进程运行期间先休眠10s再等待子进程....                                  
 32   sleep(10);
 33   pid_t rid = wait(NULL);
 34   if(rid > 0)
 35   {
 36     printf("wait success,rid: %d\n",rid);
 37   }
 38   sleep(3);
 39   printf("father quit ... \n");
 40 }

阻塞等待

我们修改以下代码，请看☞☞
父进程在子进程运行期间5ms，一直在等待，没有做任何其他的事情。
只有当子进程终止时（状态变化S☞☞Z时），父进程通过系统调用接口wait等待子进程，拿到子进程的PCB中的退出信息，告诉OS释放掉PCB。
子进程没有终止之前，父进程一直处于阻塞等待中........
子进程本身就是软件，父进程的本质时在等待某种软件条件就绪......（子进程终止，状态从S☞☞Z）
前面我们也讲过阻塞状态，是某个进程等待硬件资源就绪，等待被调度，此进程的PCB处于该硬件资源的等待队列中，该进程处于阻塞状态。（类似理解）
一个进程等待某种资源就绪

硬件资源就绪
软件条件就绪

如何理解父进程阻塞等待子进程条件就绪呢❓

阻塞等待子进程
父进程不在被调度，父进程的状态设为S状态。（休眠状态）
父进程的PCB被链入到子进程的等待队列中。
一旦子进程终止.....
OS就把等待队列中的父进程唤醒，父进程的状态设为R状态（运行状态）。
继续向后执行。
注意❗无论是硬件还是软件在操作系统OS中都是数据结构的对象，一切皆对象。（这个在后面C++中也会讲到）

myprocess.c
  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<sys/wait.h>
  7 
  8 void ChildRun()
  9 {
 10   int cnt = 5;
 11   while(cnt--)
 12   {
 13     printf("I am child,pid: %d,ppid: %d,cnt: %d\n",getpid(),getppid(),cnt);
 14     sleep(1);
 15   }
 16 }
 17 
 18 int main()
 19 {
 20   printf("I am father,pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());//父进程
 21   pid_t id = fork();
 22   if(id == 0)//child子进程
 23   {
 24     //子进程循环运行
 25     ChildRun();
 26     printf("Child quit...\n");
 27     exit(0);//终止进程，子进程直接僵尸
 28   }        
 29   //father
 30   //父进程，父进程在子进程运行期间5ms一直在等待....
 31   pid_t rid = wait(NULL);
 32   if(rid > 0)                                                                                      
 33   {
 34     printf("wait success,rid: %d\n",rid);
 35   }
 36   sleep(3);
 37   printf("father quit ... \n");
 38 }

🙂感谢大家的阅读，若有错误和不足，欢迎指正。下篇讲解重点waitpid&非阻塞等待。

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