进程管理之wait和waitpid

僵尸进程

在介绍wait、waitpid和waitid函数之前，首先要介绍一下僵尸进程，因为，这三个函数的本质任务就是处理僵尸进程的问题。

进程会我们的生命体一样，也有消亡。进程在退出时，内核会清理进程几乎所有的资源。例如：内存资源、文件资源、信号量资源、共享内存资源或者引用数减一 又或释放共享内存资源。但还有少量的资源没有被内核清理，例如：进程控制块PCB task_struct、内核栈资源。这些资源没有被释放，是为了保留一些进程退出是的重要信息，例如：进程消耗的系统cpu时间、用户cpu时间；收到了多少信号等待这些信息，类似于“墓志铭”，总结了进程的一生。而wait、waitpid和waitid函数就是来释放这些“墓志铭”信息的。之后进程就脱离了僵尸进程的状态。

进程的僵尸进程的状态，是一种“刀枪不入的状态”，即使是用kill -9 也无法杀死。只能通过wait这些函数活着是通过init进程来“收尸”；

对于创建了很多的子进程的父进程，获取子进程的退出信息是非常有意义的。

wait函数

函数声明

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

返回值

• 返回退出子进程的pid；
• 等待过程中，收到了信号。信号打断了系统调用，并且注册信号处理函数时没有设置SA_RESTAR标识位，系统调用不会被重启。wait函数返回-1，全局变量error=EINIR（表示函数被信号中断）；
• 所有需要等待的子进程都已经退出，没有要等的子进程的。wait函数返回-1，全局变量error=ECHLD（表示调用进程时发现并没有子进程需要等待）；

由上述返回值的含义，等待所有子进程的退出时，要注意不要丢掉对信号中断情况的考虑，代码如下：

pit_t my_wait(int *state)
{
   int retval;
   while( (retval=wait(state))!=-1 && (error==EINIR) );
   return retval;
}

参数说明

wait函数的参数和waitpid函数的参数是一个意思。但waitpid函数对wait函数的局限性做了扩展，所以，在介绍waitpid时，再来讲wait的参数。

wait函数的局限性

• 不能等待特定的子进程
• 如果子进程不存在，就会阻塞
• 只能探知子进程的死亡，却不能探测子进程的暂停，也无法探知进程的苏醒

waitpid函数

waitpid函数的声明

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

返回值

返回值和wait函数一样。

参数说明

pid参数

• pid > 0：表示等待进程ID为pid的子进程；
• pid = 0：表示等待与调用进程同一进程组的任意子进程；
• pid = -1：表示等待任意子进程；
• pid < -1：表示等待所有子进程中，进程组ID与pid绝对值相等的所有子进程；

pid参数的理解：

   首先给父进程要等待的子进程分类。子进程分为：和父进程同一进程组的子进程，和父进程不同进程组的子进程。子进程可以设置自己的进程组，所以某些子进程不一定和父进程归属于同一个进程组；pid>0,很自然，代表要等待的子进程pid，这叫做“精准打击”；还有情况就是分类等待子进程。由上述分类可知，与父进程为同一进程组的子进程怎么表示，调用waitpid函数的父进程本来就知道自己的进程组pid，所以，不用设置参数pid的值，即给0就行；那与父进程不在同一进程组的子进程的话，就得设置参数pid的值了，但要和“精准打击”的方式区别开，所以给负值，但取绝对值；当然，等待任意子进程的需求还是有的，而现在也正好只剩下一个值“-1”，刚好给它用；综述，通过上面的分析才有了pid参数的使用方式。

内核实现简述

内核之中，wait和waitpid函数调用的都是wait4函数。根据pid的值来给wait_ opts结构体变量wo中的wo_type复制，再以实参的形式传参给do_wait函数,do_wait函数来决定等待什么状态的子进程。

wait4中的部分代码：

struct wait_opts wo;
        .
        .     //给type复制的过程
        .
wo.wo_type = type;
wo.wo_pid  = pid;
       .
       .
       .
ret = do_wait(&wo);

在do_ wait函数中，主要要完成两个人物，第一，父进程中的每个线程都会去遍历子进程，第二，筛选要等待的子进程；在内核中，task_struct成员中children变量是保存子进程链表的链表头，利用list_for_each_enpty函数来遍历。利用eligible_pid函数来筛选。

遍历子进程代码：

static int do_wait_thread(struct wait_opts *wo,
                               struct task_struct *tsk)
{
    struct task_struct *p;
    list_for_each_enpty(p,&tsk->children,silbling)
    {
        int ret = wait_consider_task(wo,0,p);
        if(ret)
            return ret;
    }
    return 0;
}

筛选子进程的代码：

static int eligible_pid(struct wait_opts *wo,
                             struct task_struct *p)
{
    return wo->wo_type == PIDTYPE_MAX ||
           task_pid_type(p,wo->wo_type) == wo->wo_pid;
}

当waitpid函数参数pid的值为-1时，wo_type的值为PIDTYPE_MAX；其他三种情况由task_pid_type函数来处理。

参数options

是一个位掩码，可以同时存在多个标志。当options的值为0时，行为和wait类似。

标志位：

• WUNTRACE：关心终止子进程和因信号中断的子进程的信息（阻塞）；
• WCONTINUED：关系终止子进程和信号终止后由恢复执行的子进程（阻塞）；
• WNOHANG：指定的子进程没有发生变化，waitpid立即返回，返回值为0；出错返回时，返回值为-1，通过error=ECHILD和返回值来区分这两种情况。注意：error的值不会为EINTR，因为信号中断由WUTRACE来控制。

参数status

该参数存储的信息时按位存储的，我们没办法解析status的值，只能通过系统提供的宏去解析。这些宏安功能分可以分为两类：获取子进程状态和判断是非由相应信号产生；

• 进程正常退出

	WIFEIXITED（status）：正常退出，返回true；
	WEXITSTATUS（status）：正常退出，获取进程退出状态；

• 进程收到信号退出

  WIFSIGNALED(status): 被信号杀死，返回true；
  WTREMSIG（status）：被信号杀死，返回杀死进程的pid；
  WCOREDUMOP（status）：子进程产生core dump，返回true；

• 进程收到信号停止

  WIFSTOPPED(status)：收到相关信号，暂停执行，返回true；
  WSTOPSIG（status）：如果子进程处于停止状态，该宏返回导致子进
  程停止的信号值；

• 进程收到信号回复执行

WIFCONTINUED(status): 递送SIGCONT信号，子进程回复执行，返回true；

没有必要返回使子进程苏醒的信号的值，因为只有唯一一个SIGCONT信号才能使进程又停止状态恢复到执行状态。