朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关Linux进程等待的相关知识点，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！
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1. 进程等待
通过系统调用接口（wait/waitpid）的方式，让父进程对子进程进行资源回收的等待过程。
2. 进程等待的必要性
1. 在之前的僵尸进程这一章节提到过，子进程在退出之后，父进程不进行回收资源，会造成内存泄露的问题，简而言之就是要解决僵尸进程带来的内存泄露问题。
2. 父进程创建子进程的目的就是为了让子进程做一些事情，那么父进程是需要知道子进程把事情完成的怎么样了，就需要通过等待来获取进程退出的信息（两个数字），获取这两个数字并不是必须的，但是系统需要提供这样的基础功能！
3. 进程等待的方法
可以使用系统调用接口：wait()或者waitpid()
3.1 wait
wait可以等待任意一个进程。
#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
我们先不关心它的参数，直接设置为NULL，先来看一下能否回收掉子进程的僵尸问题：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> void Worker() { int cnt = 5; while (cnt--) { sleep(1); printf("I am child process, pid: %d, ppid: %d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt); } } int main() { pid_t id = fork(); if (id == 0) { // child Worker(); exit(10); // 退出码设置为10 } else { // parent sleep(10); pid_t rid = wait(NULL); if (rid == id) // 等待成功 { printf("wait success, pid: %d, rpid: %d, \n", getpid(), rid); } sleep(5); } return 0; }上面这段代码我们期望看到的效果是：刚开始有两个进程在运行，5s之后子进程变成了僵尸状态，再过5s，父进程等待回收子进程，就剩下一个进程在运行。
如果子进程不退出我们就开始等待会发生什么呢？
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> void Worker() { int cnt = 5; while (cnt--) { sleep(1); printf("I am child process, pid: %d, ppid: %d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt); } } int main() { pid_t id = fork(); if (id == 0) { // child Worker(); exit(10); // 退出码设置为10 } else { // parent //sleep(10); printf("wait befor\n"); pid_t rid = wait(NULL); printf("wait after\n"); if (rid == id) // 等待成功 { printf("wait success, pid: %d, rpid: %d, \n", getpid(), rid); } sleep(5); } return 0; }
通过实验可以看到，如果子进程没有退出，那么父进程就必须在wait上进行阻塞等待，直到子进程结束，wait自动回收并返回！
一般而言，父子进程谁先运行并不确定，但可以确定的是，父进程一定是最后退出的。
3.2 waitpid
waitpid可以等待指定的进程。
#include<sys/types.h> #include<sys/wait.h> pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); //返回值： //当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的进程ID； //如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0； //如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；参数：
pid：等待指定的进程id，设置为-1表示等待任意进程。
*status：获取子进程的状态，不关注可以设置为NULL。
optons：等待的方法，设置为0默认为阻塞式等待。
3.2.1 *status
wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。
通过等待的方式解决了僵尸进程导致的内存泄漏问题，那么如何获取子进程的退出结果呢？
*status是输出型参数，我们可以定义一个status，然后传递给wait/waitpid，然后将返回信息带给我们。
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> void Worker() { int cnt = 5; while (cnt--) { sleep(1); printf("I am child process, pid: %d, ppid: %d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt); } } int main() { pid_t id = fork(); if (id == 0) { // child Worker(); exit(10); // 退出码设置为10 } else { // parent sleep(10); // pid_t rid = wait(NULL); int status = 0; // 定义退出信息 pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if (rid == id) // 等待成功 { printf("wait success, pid: %d, rpid: %d, exit code: %d\n", getpid(), rid, status); } sleep(5); } return 0; }
可以看到明明我们设置的退出码是10，为什么打印出了2560呢？
status是一个整形指针变量，有32个比特位，我们不能简单的当做整形来看待，要当做位图来看待，我们研究status只观察低16位：
正常结束：次低8位（8 ~ 15）表示的是进程退出码；
异常终止：低8位（0 ~ 7）表示的是异常终止信号。
正常结束时，退出码为10对应的status就是0000 1010 0000 0000转化为10进制就是2560
所以我们要正确的得到进程的退出码需要给status右移8位，按位于0xFF（(status >> 8) & 0xFF）；
正确得到进程终止信号需要给status按位于0x7F（status & 0x7F）。
int main() { pid_t id = fork(); if (id == 0) { // child Worker(); exit(10); // 退出码设置为10 } else { // parent sleep(10); // pid_t rid = wait(NULL); int status = 0; // 定义退出信息 pid_t rid = waitpid(id, &status, 0); if (rid == id) // 等待成功 { printf("wait success, pid: %d, rpid: %d, exit sig: %d, exit code: %d\n", getpid(), rid, status & 0x7F, (status >> 8) & 0xFF); } sleep(5); } return 0; }
关于status参数对退出码的提取还有一种简便的方式：现在外面定义status。
WIFEXITED(status) // 若为正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出） WEXITSTATUS(status) // 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）if (WIFEXITED(status)) // 正常退出 { printf("child process normal quit, exit code : %d\n", WEXITSTATUS(status)); } else // 异常终止 { printf("child process quit except!\n"); }
① 当一个进程异常终止，此时的退出码就毫无意义。
② 如何判断有没有收到信号呢？只要终止信号为0（终止信号范围在1 ~ 64），就表示程序运行正常。
为什么不用全局变量来获取子进程的退出信息呢？而要用系统调用？
当父子进程要对全局变量写入时，会发生写时拷贝，又因为进程具有独立性，所以父进程是无法直接获得子进程的退出信息的。
3.2.2 options
该参数表示等待的方式：
0表示阻塞式等待；
WNOHANG表示非阻塞式等待。
通过一个例子来理解一下阻塞与非阻塞等待：
如果我们要下载一个游戏，那么在下载的这段时间我们就啥也不干，直勾勾的盯着它，直到它下载好，这种行为就叫做阻塞式等待；
当游戏下载的这段时间，我们可以先看看它下没下好，没下好我们就可以看看视频，听听音乐，然后再看看它下没下好，没下好我们就再干干别的事情，直到它下载好，这种行为就叫做非阻塞式等待。
对比等待进程：
- 阻塞式调用：使用wait/waitpid等待子进程时，如果子进程不退出，wait/waitpid不返回。
- 非阻塞式调用：使用waitpid等待子进程时，如果我们等待的条件不满足，不阻塞，而是直接返回！
非阻塞等待往往需要重复调用，以非阻塞轮询的方案进行进程等待，它的好处就在于，当我们进行进程等待的过程中，可以顺便做一下自己占据时间并不多的事情。
当options设置为WNOHANG时，waitpid的返回值有三种情况：
- rid > 0：等待成功
- rid == 0：等待成功，但是对方还有退出
- rid < 0：等待失败（pid填写错误）
下面我们就来用代码的方式来演示一下非阻塞等待：
#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> void Worker() { int cnt = 5; while (cnt--) { printf("I am child process, pid: %d, ppid: %d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt); sleep(2); } } int main() { pid_t id = fork(); if (id == 0) { // child Worker(); exit(0); // 退出码设置为10 } else { while (1) // 非阻塞轮询 { int status = 0; // 定义退出信息 pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG); if (rid > 0) // 等待成功 { printf("child quit success, pid: %d, exit sig: %d, exit code: %d\n", getpid(), status & 0x7F, (status >> 8) & 0xFF); break; } else if (rid == 0) // 等待成功，但并未退出 { printf("child is alive, wait again, father do other thing....\n"); // 可以设置一些任务... } else // 等待失败 { printf("wait failed!\n"); break; } sleep(1); } } return 0; }
3.3 OS层面的进程等待
根据冯诺依曼体系结构，wait和waitpid属于系统调用，而进程在OS的内存中运行，我们再进行进程等待的时候，使用系统调用接口，要拿到子进程的退出信息，所以我们在外部定义了一个变量status，当子进程执行完毕之后，OS会执行它的退出程序，将进程的Z状态修改为X状态，并将子进程的的退出码和退出信号写入到它的PCB中，这时就可以通过父进程中的status指针来获取子进程的退出信息。
创建多进程循环fork，等待多进程循环waitpid，waitpid第一个参数设置为-1，表示等待任意一个进程。
朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！
