?专栏导读

?作者简介：花想云 ，在读本科生一枚，C/C++领域新星创作者，新星计划导师，阿里云专家博主，CSDN内容合伙人…致力于 C/C++、Linux 学习。

?专栏简介：本文收录于 Linux从入门到精通，本专栏主要内容为本专栏主要内容为Linux的系统性学习，专为小白打造的文章专栏。

?相关专栏推荐：C语言初阶系列、C语言进阶系列 、C++系列、数据结构与算法。

?文章导读

前几章我们讲了关于如何创建进程与进程状态。那么本章我们就来看看进程在退出时又有哪些花样吧~ 为了解决之前所讲的僵尸进程问题，我们必须要让父进程得到子进程的退出状态，这就是本章的另一个话题——进程等待~

?进程退出

思考一下，我们创建一个进程的目的是什么？当然是想让进程帮助我们完成某件事情。例如：①将一个文件拷贝到某个目录下、②判断某个某个文件是否为空…

有些情况下，我们只需要进程去做某件事即可，并不需要关心它做的是否合格（这显然是不可取的行为）；有时候不仅需要进程去做某件事，还需要关心它是否成功了，即关心一个进程的结果。

那么当一个进程结束时，一共可分为3中情况：

1. 代码运行完毕，且结果正确；
2. 代码运完毕，结果错误；
3. 代码异常终止；

?进程常见的退出方法

?正常终止

?return 退出

在C语言中，我们编写程序时都会在main函数的最后加上一条语句——return 0; main函数中的return并不等同于其他函数的return，main函数返回的其实是进程退出码。

在Linux中，我们可以使用指令来查看一个进程的退出码：

$ echo $?

• ？只会保存最近一次进程退出的退出码。

示例

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 10;
    int b = 30;

    int ret = a + b; // 代码1
    //int ret = a + b / 2; // 代码2
    // 结果正确返回0，错误返回1 
    if(ret == 40)
        return 0;
    else 
      return 1;
    printf("mytest......
");
}

代码1

代码2

?exit 退出

我们可能对这个函数并不陌生，它的作用就是终止进程。exit的参数就是退出进程时需要返回的退出码。

我们故意写一段错误的代码来看看exit返回的退出码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

void Sort(int* array,int n)
{
  if(array == NULL)
  {
     perror("Array Fail");
     exit(111);
  }
  // 排序略...
}
int main()
{
    int * prt = NULL;
    Sort(prt,10);
	return 0；
}

?_exit 退出

_exit是系统调用，并不像exit是C语言的库函数。_exit与exit使用方法完全相同，但是两者某些行为却有差别：

• exit在退出进程之前会刷新缓冲区；
• _exit直接退出进程；

示例

exit 的表现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void Sort(int* array,int n)
{
  if(array == NULL)
  {
     //per1ror("Array Fail");
     printf("函数发生错误");
     sleep(1);
     exit(111);
  }
  // 排序略...
}
int main()
{   
    int * prt = NULL;
    Sort(prt,10);
    return 0;
}

_exit 的表现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void Sort(int* array,int n)
{
  if(array == NULL)
  {
     //per1ror("Array Fail");
     printf("函数发生错误");
     sleep(1);
     _exit(111);
  }
  // 排序略...
}
int main()
{   
    int * prt = NULL;
    Sort(prt,10);
    return 0;
}

很显然，在_exit的表现中，“函数发生错误”还在缓冲区中未刷新，进程就已经退出了。

• exit最后其实也会调用_exit, 但在调用_exit之前，还做了其他工作：
  1. 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数；
  2. 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入；
  3. 调用_exit；

?异常终止

除了程序自己发现异常而终止，一个程序还可能因为外力因素而提前终止。例如我们之前学习过的指令：kill -9 ，它的作用就是从外部“杀”掉进程、或者我们经常使用的Ctrl+c。

$ kill -9 进程ID

?进程等待

?必要性

• 之前讲过，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。如：子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出；

• 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；

?是什么

我们谈进程等待，那么我们究竟要等待什么呢？

• 进程等待，就是通过系统调用，获取子进程的退出码或者退出信号的方式，顺便解决内存释放的问题。

?如何等待

这里就要介绍两个系统调用接口了：

• wait；

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；

?解决子进程僵尸问题

之前讲到过，由于父进程为对子进程进行等待，子进程就会进入僵尸状态，且危害极大。那么意味着，要避免僵尸问题，我们必须对子进程进行等待。代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{   
    pid_t id = fork();

    int cnt = 50;
    if(id == 0)
    {
      // 子进程
      while(cnt)
      {
        printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...
",cnt--);
        sleep(1);
      }
      exit(111);
    }
    // 父进程
    pid_t ret_id = wait(NULL);
    printf("%d %d
",id,ret_id);
    sleep(10);
}

如图所示，在kill -9 终止子进程后，子进程并没有进入僵尸状态。而且可以清晰的看到，wait的返回值就是子进程的PID。

?如何获取子进程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。

• 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不能简单的当作整型来看待，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）：

做个形象的比喻，如果你正在考试，如果你以正确的方式参加了考试，那么你的成绩必定有好有坏，就看你如何看待自己考试的结果了；但是，如果你考试作弊了，考试还未结束，你就被监考老师叉出去了，提前结束了考试，此时，你的卷子尽管可能有得分，这个得分有没有参考价值呢？当然没有。

所以，如果一个进程正常终止，我们可以拿到它的退出状态即进程退出码；如果一个进程被信号（监考老师）终止，此时退出状态是没有意义的，但是我们可以查看终止信号，（至少看看是什么原因导致的考试异常结束）。

示例

• 进程正常终止；

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{   
    pid_t id = fork();

    int cnt = 5;
    if(id == 0)
    {
      // 子进程
      while(cnt)
      {
        printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...
",cnt--);
        sleep(1);
      }
      exit(111);
    }
    // 父进程
    int status = 0;
    pid_t ret_id = wait(&status);
    printf("child exit code:%d,child exit singl:%d
",(status >> 8) & 0xFF,status & 0x7F);
}

• kill -9 终止进程（把计时改为20，因为我手速没那么快…）；

---

• waitpid;

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PID；
  • 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：
    • 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。
  • 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）

• options:

  • 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。若正常结束，则返回该子进程的ID。

waitpid与wait的用法大致是类似的，这里就不做专门的演示了。

?阻塞等待

仔细观察上文中示例中的结果，父进程的输出总在子进程结束之后，如图：

在子进程运行期间，父进程一直在等待，并没有做其他事情，直到等待子进程成功。我们把这种情况称为父进程在进行阻塞等待。

如果父进程不想干干地等待子进程结束，而是想在等待的期间做点其他有意义的事情该如何处理呢？

?非阻塞等待

• 首先我们先预设一批任务，在父进程等待期间执行这些任务；

void sync_disk()
{
  printf("这是一个刷新数据的任务
");
}

void sync_log()
{
  printf("这是一个同步日志的任务
");
}

void net_send()
{
  printf("这是一个网络发送的任务
");
}

• 设置任务加载函数、任务运行函数、任务初始化函数等；

#define TASK_NUM 10 // 任务的数量

typedef void (*FUNC_PTR)(); // 函数指针类型重定义

FUNC_PTR other_task[TASK_NUM]={NULL}; // 定义一个函数指针数组

int LoadTask(FUNC_PTR func)
{
  int i = 1;
  for(; i < TASK_NUM; ++i)
  {
    if(other_task[i]==NULL) break;
  }
  
  if(i == TASK_NUM) return -1;
  else other_task[i] = func;

  return 0;
}

void InitTask()
{
  int i = 0;
  for(; i < TASK_NUM; ++i) other_task[i] == NULL;

  LoadTask(sync_disk);
  LoadTask(sync_log);
  LoadTask(net_send);
}

void RunTask()
{
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
  {
    if(other_task[i] == NULL) continue;
    other_task[i]();
  }
}

• main函数设计；

int main()
{   
    pid_t id = fork();

    int cnt = 15;
    if(id == 0)
    {
      // 子进程
      while(cnt)
      {
        printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...
",cnt--);
        sleep(1);
      }
      exit(111);
    }

    InitTask();
    // 父进程
    while(1)
    {
      int status = 0;
      pid_t ret_id = waitpid(id,&status,WNOHANG);
      if(ret_id < 0)
      {
        printf("等待出错
");
        exit(1);
      }
      else if(ret_id == 0) // 子进程还未结束，做做其他事情
      {
        RunTask();
        sleep(1);
        continue;
      }
      else // 已等待成功 
      {
        if(WIFEXITED(status)) // 子进程正常退出
        {
          printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出码:%d
",id,WEXITSTATUS(status));
        }
        else // 子进程异常退出
        {
          printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出信号:%d
",id,status&0x7F);
        }

        break;
      }
    }
}

效果如下

?完整代码

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

#define TASK_NUM 10 // 任务的数量

void sync_disk()
{
  printf("这是一个刷新数据的任务
");
}

void sync_log()
{
  printf("这是一个同步日志的任务
");
}

void net_send()
{
  printf("这是一个网络发送的任务
");
}

typedef void (*FUNC_PTR)(); // 函数指针类型重定义

FUNC_PTR other_task[TASK_NUM]={NULL};

int LoadTask(FUNC_PTR func)
{
  int i = 1;
  for(; i < TASK_NUM; ++i)
  {
    if(other_task[i]==NULL) break;
  }
  
  if(i == TASK_NUM) return -1;
  else other_task[i] = func;

  return 0;
}

void InitTask()
{
  int i = 0;
  for(; i < TASK_NUM; ++i) other_task[i] == NULL;

  LoadTask(sync_disk);
  LoadTask(sync_log);
  LoadTask(net_send);
}

void RunTask()
{
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
  {
    if(other_task[i] == NULL) continue;
    other_task[i]();
  }
}

int main()
{   
    pid_t id = fork();

    int cnt = 15;
    if(id == 0)
    {
      // 子进程
      while(cnt)
      {
        printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...
",cnt--);
        sleep(1);
      }
      exit(111);
    }

    InitTask();
    // 父进程
    while(1)
    {
      int status = 0;
      pid_t ret_id = waitpid(id,&status,WNOHANG);
      if(ret_id < 0)
      {
        printf("等待出错
");
        exit(1);
      }
      else if(ret_id == 0) // 子进程还未结束，做做其他事情
      {
        RunTask();
        sleep(1);
        continue;
      }
      else // 已等待成功 
      {
        if(WIFEXITED(status)) // 子进程正常退出
        {
          printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出码:%d
",id,WEXITSTATUS(status));
        }
        else // 子进程异常退出
        {
          printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出信号:%d
",id,status&0x7F);
        }

        break;
      }
    }
}

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