回收內核空間資源 wait函數 waitpid函數

摘要：本文主要講述內核空間資源的收回，介紹wait和waitpid函數的基本使用方法,以及它們之間的差異.

回收內核空間資源 wait和waitpid函數

    進程退出時釋放了用戶空間的資源，但是進程PCB並沒有釋放，這一工作顯然不是自己完成，而是由當前進程的父進程完成的.
    當一個進程正常退出或異常退出時，內核就向其父進程發送SIGCHLD信號.因爲子進程終止是一個異步事件，所以這種信號也是內核向父進程發的異步通知.父進程可以選擇忽略該信號（如果父進程設置了SA_NOCLDWAIT標誌位（SA_NOCLDWAIT：使父進程在它的子進程退出時不會收到 SIGCHLD 信號），或者提供一個該信號發生時即被調用執行的函數。父進程可以顯示地調用wait()函數和waitpid()函數來完成.

1. wait()和waitpid()函數等待子進程結束

函數定義：
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    pid_t wait(int *status);
    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
函數說明：
    如果等待到任意一個子進程結束，將返回當前結束的子進程PID，同時將子進程退出時的狀態存儲在“_stat_loc"變量中.如果出錯返回-1，錯誤原因存儲在errno中.
    調用wait()函數的父進程，如果其所有的子進程都還在運行，則父進程會阻塞，等待任意一個子進程結束，回收該子進程的內核進程資源.如果父進程沒有任何子進程，則會出錯.
   如果進程由於接收到SIGCHLD信號而調用wait()，則可期望wait()會立即返回.但是如果在任意時刻調用wait()，則進程可能會阻塞.
參數status：
    參數status是一個整型指針.如果status不是空指針，則終止進程的終止狀態就放在它所指向的內存單元內.如果不關心終止進程的狀態，則可將參數指定爲空指針.

2. wait()和waitpid()函數的區別

（1）在一個子進程終止前，wait()使其調用者阻塞，而waitpid()有一個選項，可使調用者不阻塞.
（2）waitpid()並不等待其在調用之後的第一個終止子進程，它有若干個選項，可以控制它所等待的進程（下文會詳細介紹）.
例子1：演示wait()函數的基本使用方式

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/errno.h>

int main()
{
        pid_t pid,wait_pid;
        int status;
        pid = fork();    //調用fork函數
        if(pid==-1)
        {
                printf("fork errno:%m\n");
        }
        if(pid==0)
        {
                printf("my pid is :%d\n",getpid());
                sleep(5);
                exit(EXIT_SUCCESS);   //正常退出
        }
        else
        {
                wait_pid = wait(&status);   //等待子進程結束
                if(WIFEXITED(status))       //調用WIFEXITED宏
                {
                        printf("wait on pid:%d,normal exit ,return value is:%4x\n",wait_pid,WEXITSTATUS(status));
                }
                else if(WIFSIGNALED(status))
                {
                        printf("wait on pid:%d,recive signal,return value is:%4x\n",wait_pid,WIFSIGNALED(status));
                }
        }
        return 0;
}

程序正常運行退出，輸出：

：my pid is :2573
：wait on pid:2573,normal exit ,return value is:   0
如果在程序運行後，向子進程發送一個信號，則輸出：
：my pid is :2573
：wait on pid:2573,normal exit ,return value is:   1
    在程序中還使用了WIFEXITED和WIFSIGNALED宏，其中宏WIFEXITED是用來判斷進程是否是正常退出，如果是，此宏值爲1.對於這種情況，可執行WEXITSTATUS(status),取子進程傳送給exit,_exit或_Exit參數的低8位.
    而宏WIFSIGNALED是用來判斷進程是否是因爲收到信號後而退出的，如果是，此宏值爲1. 對於這種情況，可執行WTERMSIG(status)，取使子進程終止的信號編號.
    另外還有兩個宏與wait和waitpid所返回的終止狀態相關的.WIFSTOPPED和WIFCONTINUED.

3. waitpid()函數等待指定的子進程

    如果一個進程有幾個子進程，那麼只要有一個子進程結束終止，wait()函數就會返回.但是現在我們想等待某一個子進程而已，其他子進程結束我們不關心，該怎麼辦？用戶可以使用waitpid()函數來等待指定子進程結束.
定義：pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
   其中，第一個參數爲進程PID值，對該值有一下的解析：
（1）pid==-1 等待任一子進程結束，此時waitpid()函數等價於wait()函數;
（2）pid>0   等待其進程ID與pid相等的子進程;
（3）pid==0  等待其組ID等於調用進程組ID的任一子進程;
（4）pid<-1  等待其組ID等於pid絕對值得任一子進程.
    第二個參數爲調用它的函數中某個變量地址，如果執行成功，則用來存儲結束進程的結束狀態.
    第三個參數爲等待選項，可以設置爲0，亦可爲WNOHANG（不阻塞等待）和WUNTRACED（報告狀態信息）.如果options設置爲WNOHANG，而此時沒有子進程退出，將立即返回0，不會像wait()那樣永遠等待下去.否則返回子進程PID，並在參數STAT_LOC中獲取子進程的狀態.
這是兩個常數，可以用"|"運算符把它們連接起來使用，比如：
ret = waitpid(-1,NULL, WNOHANG|WUNTRACED);
如果我們不想使用它們，也可以把options設爲0，比如：
ret = waitpid(-1, NULL, 0);

waitpid的返回值

由於waitpid函數參數較多，返回值也是根據參數的情況而定，綜合分析一共有3種情況：
（1）如果執行成功正常返回，waitpid()返回子進程的PID；
（2）如果參數options設置了選項WNOHANG，而waitpid在執行時沒有已退出的子進程，則返回0；
（3）如果調用出錯，則返回-1，這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在；當指定的進程或進程組不存在，或者參數pid指定的進程不是調用進程的子進程則出錯.

4. waipid()函數提供了wait()函數沒有的三個功能

（1）waitpid可等待一個特定的進程，而wait則返回任一終止子進程的狀態.
（2）waitpid提供了一個wait的非阻塞版本.又是用戶希望取得子進程的狀態，但不想阻塞.
（3）waitpid支持作業控制.
例子2：等待指定的子進程

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    pid_t chlid_pid, wait_pid;
    chlid_pid=fork();
    if(chlid_pid<0)  
        printf("Error occured on forking.\n");
    else if(chlid_pid==0)
    {  
        sleep(5);
        exit(0);
    }
    do
    {
        wait_pid=waitpid(chlid_pid, NULL, WNOHANG);   //不阻塞，直接返回
        if(wait_pid==0)
        {   
            printf("No child exited\n");
            sleep(1);
        }
    }while(wait_pid==0);    
    
    if(wait_pid==chlid_pid)
        printf("successfully release child %d\n", wait_pid);
    else
        printf("some error occured\n");
    return 0;
}

輸出：

：No child exited
：No child exited
：No child exited
：No child exited
：No child exited
：successfully release child 2538

    每隔一秒鐘，父進程就檢查一次當前是否有子進程退出.在前5秒鐘，由於沒有子進程退出，父進程調用waitpid(chlid_pid, NULL, WNOHANG)直接返回.子進程退出後，便可以處理其後事.

筆者：個人能力有限，只是學習參考...讀者若發現文中錯誤，敬請提出.

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