回收内核空间资源 wait函数 waitpid函数

摘要：本文主要讲述内核空间资源的收回，介绍wait和waitpid函数的基本使用方法,以及它们之间的差异.

回收内核空间资源 wait和waitpid函数

    进程退出时释放了用户空间的资源，但是进程PCB并没有释放，这一工作显然不是自己完成，而是由当前进程的父进程完成的.
    当一个进程正常退出或异常退出时，内核就向其父进程发送SIGCHLD信号.因为子进程终止是一个异步事件，所以这种信号也是内核向父进程发的异步通知.父进程可以选择忽略该信号（如果父进程设置了SA_NOCLDWAIT标志位（SA_NOCLDWAIT：使父进程在它的子进程退出时不会收到 SIGCHLD 信号），或者提供一个该信号发生时即被调用执行的函数。父进程可以显示地调用wait()函数和waitpid()函数来完成.

1. wait()和waitpid()函数等待子进程结束

函数定义：
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/wait.h>
    pid_t wait(int *status);
    pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
函数说明：
    如果等待到任意一个子进程结束，将返回当前结束的子进程PID，同时将子进程退出时的状态存储在“_stat_loc"变量中.如果出错返回-1，错误原因存储在errno中.
    调用wait()函数的父进程，如果其所有的子进程都还在运行，则父进程会阻塞，等待任意一个子进程结束，回收该子进程的内核进程资源.如果父进程没有任何子进程，则会出错.
   如果进程由于接收到SIGCHLD信号而调用wait()，则可期望wait()会立即返回.但是如果在任意时刻调用wait()，则进程可能会阻塞.
参数status：
    参数status是一个整型指针.如果status不是空指针，则终止进程的终止状态就放在它所指向的内存单元内.如果不关心终止进程的状态，则可将参数指定为空指针.

2. wait()和waitpid()函数的区别

（1）在一个子进程终止前，wait()使其调用者阻塞，而waitpid()有一个选项，可使调用者不阻塞.
（2）waitpid()并不等待其在调用之后的第一个终止子进程，它有若干个选项，可以控制它所等待的进程（下文会详细介绍）.
例子1：演示wait()函数的基本使用方式

#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();    //调用fork函数
        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);   //等待子进程结束
                if(WIFEXITED(status))       //调用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;
}

程序正常运行退出，输出：

：my pid is :2573
：wait on pid:2573,normal exit ,return value is:   0
如果在程序运行后，向子进程发送一个信号，则输出：
：my pid is :2573
：wait on pid:2573,normal exit ,return value is:   1
    在程序中还使用了WIFEXITED和WIFSIGNALED宏，其中宏WIFEXITED是用来判断进程是否是正常退出，如果是，此宏值为1.对于这种情况，可执行WEXITSTATUS(status),取子进程传送给exit,_exit或_Exit参数的低8位.
    而宏WIFSIGNALED是用来判断进程是否是因为收到信号后而退出的，如果是，此宏值为1. 对于这种情况，可执行WTERMSIG(status)，取使子进程终止的信号编号.
    另外还有两个宏与wait和waitpid所返回的终止状态相关的.WIFSTOPPED和WIFCONTINUED.

3. waitpid()函数等待指定的子进程

    如果一个进程有几个子进程，那么只要有一个子进程结束终止，wait()函数就会返回.但是现在我们想等待某一个子进程而已，其他子进程结束我们不关心，该怎么办？用户可以使用waitpid()函数来等待指定子进程结束.
定义：pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
   其中，第一个参数为进程PID值，对该值有一下的解析：
（1）pid==-1 等待任一子进程结束，此时waitpid()函数等价于wait()函数;
（2）pid>0   等待其进程ID与pid相等的子进程;
（3）pid==0  等待其组ID等于调用进程组ID的任一子进程;
（4）pid<-1  等待其组ID等于pid绝对值得任一子进程.
    第二个参数为调用它的函数中某个变量地址，如果执行成功，则用来存储结束进程的结束状态.
    第三个参数为等待选项，可以设置为0，亦可为WNOHANG（不阻塞等待）和WUNTRACED（报告状态信息）.如果options设置为WNOHANG，而此时没有子进程退出，将立即返回0，不会像wait()那样永远等待下去.否则返回子进程PID，并在参数STAT_LOC中获取子进程的状态.
这是两个常数，可以用"|"运算符把它们连接起来使用，比如：
ret = waitpid(-1,NULL, WNOHANG|WUNTRACED);
如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，比如：
ret = waitpid(-1, NULL, 0);

waitpid的返回值

由于waitpid函数参数较多，返回值也是根据参数的情况而定，综合分析一共有3种情况：
（1）如果执行成功正常返回，waitpid()返回子进程的PID；
（2）如果参数options设置了选项WNOHANG，而waitpid在执行时没有已退出的子进程，则返回0；
（3）如果调用出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；当指定的进程或进程组不存在，或者参数pid指定的进程不是调用进程的子进程则出错.

4. waipid()函数提供了wait()函数没有的三个功能

（1）waitpid可等待一个特定的进程，而wait则返回任一终止子进程的状态.
（2）waitpid提供了一个wait的非阻塞版本.又是用户希望取得子进程的状态，但不想阻塞.
（3）waitpid支持作业控制.
例子2：等待指定的子进程

#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;
}

输出：

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

    每隔一秒钟，父进程就检查一次当前是否有子进程退出.在前5秒钟，由于没有子进程退出，父进程调用waitpid(chlid_pid, NULL, WNOHANG)直接返回.子进程退出后，便可以处理其后事.

笔者：个人能力有限，只是学习参考...读者若发现文中错误，敬请提出.

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