关于Linux下的进程等待（进程篇）

news2024/11/25 22:53:50

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为什么存在进程等待？进程等待是在做什么？

怎样去执行进程等待？

status

options

为什么存在进程等待？进程等待是在做什么？

代码示例：模仿僵尸进程

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

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

    if(id == 0)
    {
        //child process
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I am child process! cnt: %d ,pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }

    }
    else
    {
        //father process
        while(1)
        {  
           printf("I am father process! pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
           sleep(1);
        }
    }

    return 0;
}

运行输出：

  • 因为如果子进程退出，父进程不接收子进程的退出状态，就可能造成‘僵尸进程’的问题，进而造成内存泄漏。
  • 进程一旦变成僵尸状态，发送信号 kill -9 也是不可以的，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程。
  • 其次父进程派创建子进程，是需要子进程执行相关的程序，我们需要知道。子进程执行程序，结果对还是不对，或者是否正常退出。
  • 总结就是：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

怎样去执行进程等待？

这里需要用到两个接口：
wait（）
#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
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 ：
Pid=-1, 等待任一个子进程。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 。
注意：这里有些细节需要明示一下：
waitpid的返回值：
  • 返回值 > 0 表示等待子进程成功，子进程运行已结束
  • 返回值 == 0 表示等待子进程成功，子进程正在运行
  • 返回值 < 0 表示等待子进程失败
waitpid的参数 pid：
  • pid  > 0 表示等待进程ID与pid相等的子进程
  • pid  < 0  表示等待任意的子进程
示例： 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

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

    if(id == 0)
    {
        //child process
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I am child process! cnt: %d ,pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }

    }
    else
    {
        //father process
        while(1)
        {  
           printf("I am father process! pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
           sleep(1);

            pid_t ret = wait(NULL); //阻塞等待
            if(ret > 0) printf("wait child process success!  ret :%d\n", ret);


        }
    }

    return 0;
}

输出：
观察发现，这里的确没有存在僵尸进程的问题了。

waitpid()

示例：

     //pid_t ret = wait(NULL);  
     pid_t ret = waitpid(id, NULL, 0);//阻塞等待

输出：

  • 如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。
  • 如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。
  • 如果不存在该子进程，则立即出错返回。

status

  • 输出型参数，获取子进程退出状态
代码示例：子进程退出码设置为99，查看status是否能获得到 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

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

    if(id == 0)
    {
        //child process
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I am child process! cnt: %d ,pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
        
        exit(99);

    }
    else
    {
        //father process

            //pid_t ret = wait(NULL);
            
            int status = 0;
            pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);//阻塞等待

            if(ret > 0) printf("waitpid child process success!  ret :%d, status:%d\n", ret, status);

      //  while(1)
      //  {  
      //     printf("I am father process! pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
      //     sleep(7);
      //  }
    }

    return 0;
}
输出： 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ ./test 
I am child process! cnt: 4 ,pid: 4736, ppid: 4735
I am child process! cnt: 3 ,pid: 4736, ppid: 4735
I am child process! cnt: 2 ,pid: 4736, ppid: 4735
I am child process! cnt: 1 ,pid: 4736, ppid: 4735
I am child process! cnt: 0 ,pid: 4736, ppid: 4735
waitpid child process success!  ret :4736, status:3840
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$

为什么这里status的值是3840呢？？而不是我们设置的99呢？？？

  • 因为status并不是按照整数来整体使用的! ! !
  • 而是按照比特位的方式，将32个比特位进行划分，退出码只占了次低8位
     
具体如下：

所以进程异常退出，或者崩溃,本质上是操作系统杀掉了进程（程序运行起来就是进程，此时与语言没有任何关系，只和操作系统有关)
那么?系统是如何得知这个进程有问题，又是如何杀掉这个进程的呢?---信号  （在这里就不过多赘述）
 
既然我们已经明白了退出码是在次低8位，那通过位操作符就可以得到

"&":有0就为0，同为0就为0，同为1就为1
0xFF : 0000 0000 0000 .... .... 1111 1111

0x7F:  0000 0000 0000 .... .... 0111 1111

if(ret > 0) printf("waitpid child process success!  ret :%d, status:%d\n", ret, (status >> 8) & 0XFF);
输出： 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ vim process_wait.c 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ make
gcc -o test process_wait.c
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ ./test 
I am child process! cnt: 4 ,pid: 9576, ppid: 9575
I am child process! cnt: 3 ,pid: 9576, ppid: 9575
I am child process! cnt: 2 ,pid: 9576, ppid: 9575
I am child process! cnt: 1 ,pid: 9576, ppid: 9575
I am child process! cnt: 0 ,pid: 9576, ppid: 9575
waitpid child process success!  ret :9576, status:99

的确通过这个途径，我们可以得到退出码。当然，我们也可以通过status，得到子进程退出的信号标号：

printf("等待子进程退出成功：ret: %d\n,子进程的信号编号：%d\n 子进程的退出码：%d\n",
                    ret, status & 0x7F, (status >> 8) & 0xFF);

输出：信号编号为0，退出成功

[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ ./test 
I am child process! cnt: 4 ,pid: 14639, ppid: 14638
I am child process! cnt: 3 ,pid: 14639, ppid: 14638
I am child process! cnt: 2 ,pid: 14639, ppid: 14638
I am child process! cnt: 1 ,pid: 14639, ppid: 14638
I am child process! cnt: 0 ,pid: 14639, ppid: 14638
等待子进程退出成功：ret: 14639
,子进程的信号编号：0
 子进程的退出码：99
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$

接下来可以对信号编号进行测试，看看是否准确：
测试1：
输出： 信号8：SIGFPE ：浮点数错误（溢出）     程序错误，此时退出码无意义
测试2：
输出：
不正常退出，退出码无意义。
所以，程序异常，不光光是内部代码有问题，也可能是外力直接杀掉(子进程代码跑完了吗?﹖不确定)
所以经过上述测试，其实通过status拿到子进程的退出码和退出信号是没有问题的。
但是，有没有发现一个问题，难道我每一次获取子进程的退出码和信号，还需要位运算吗？这不是太麻烦了，所以status提供了 - 宏！
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
所以一般我们会这样来获取：
代码示例： 
            //father process

            //pid_t ret = wait(NULL);
            
            int status = 0;
            pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);//阻塞等待

          // printf("等待子进程退出成功：ret: %d\n,子进程的信号编号：%d\n 子进程的退出码：%d\n",
          //          ret, status & 0x7F, (status >> 8) & 0xFF); 

            if(ret > 0)
            {
                if(WIFEXITED(status))
                {
                    printf("子进程正常退出，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status));
                }
                else
                {
                    printf("子进程异常退出：%d\n", WIFEXITED(status));
                }
            }
输出： 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ vim process_wait.c 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ make
gcc -o test process_wait.c
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ ./test 
I am child process! cnt: 4 ,pid: 20268, ppid: 20267
I am child process! cnt: 3 ,pid: 20268, ppid: 20267
I am child process! cnt: 2 ,pid: 20268, ppid: 20267
I am child process! cnt: 1 ,pid: 20268, ppid: 20267
I am child process! cnt: 0 ,pid: 20268, ppid: 20267
子进程正常退出，退出码：99
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$

options

pid_t ret = waitpid(id，&status，0 );   //默认是在阻塞状态去等待子进程状态变化–退出
只有子进程退出的时候，父进程才会调用waitpid函数，进行返回(注意，父进程依旧在运行)
waitpid/wait可以在存在多个子进程的情况下，让子进程退出具有一定的顺序性，将来让父进程进行更多的收尾工作
 
  • options参数默认为0 ：代表阻塞等待
  • WNOHANG:非阻塞等待
WNOHANG到底是什么： 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ grep -ER 'WNOHANG' /usr/include/
/usr/include/sys/wait.h:   If the WNOHANG bit is set in OPTIONS, and that child
/usr/include/sys/wait.h:   If the WNOHANG bit is set in OPTIONS, and that child
/usr/include/bits/waitflags.h:#define	WNOHANG		1	/* Don't block waiting.  */
/usr/include/valgrind/vki/vki-linux.h:#define VKI_WNOHANG	0x00000001
/usr/include/linux/wait.h:#define WNOHANG		0x00000001
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$

其实就是宏定义：  #define  WNOHANG   1  

waitpid(id, &status, 1);  这里也可以传1，但是怕长时间忘记了1的含义，所以设置了这个宏，这里也叫做魔术数字。

所以0就是阻塞等待， 1就是非阻塞等待，只不过1被设置成了宏
那么什么是阻塞等待，什么是非阻塞等待呢？
阻塞等待：一般都是在内核中阻塞，等待被唤醒（伴随着切换）
非阻塞的等待：父进程通过调用waitpid来进行等待，如果子进程没有退出,我们waitpid这个系统调用，立马返回!
示例：
  •         进程阻塞的本质，是进程阻塞在系统函数的内部!
  • 这也就意味着后面的代码不再向后继续执行
  • 当条件满足的时候，父进程被唤醒，从哪里唤醒?
  • 是waitpid重新调用，还是从if的后面，if
  • （为什么？因为挂起父进程的时候，pc指针会存储父进程下一步命令的地址，换言之，pc指针会指向这里）
  • 再继续向后执行父进程的代码
举个例子：
我给小美打电话，说，寒假作业借我抄一下
小美说，好啊，我快写完了，你要不要来我家等一下
①我一想，还有这好事，那我就去小美家等着吧，然后挂断电话  ---》 此时就是阻塞调用
②不行，我是一个圣人君子，我不去，你写完了我再去拿，然后转头和好兄弟去了网吧
过了一会，我问小美，写完没啊，小美说没写完，我挂断电话
又过了一会，我继续问小美，写完没啊，小美说没写完，我又挂断电话
再过了一会，我还是问小美，写完没啊，小美说没写完，我再次挂断电话
而每一次打电话 ---》就是非阻塞调用
每一次打电话的过程，就是基于非阻塞调用的轮询检测方案!
我（代表用户）    --- > 打电话 （代表系统调用)  --->   小美 （代表操作系统）
那么表现在代码上是什么样子呢？？？
示例： 
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>

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

    if(id == 0)
    {
        //child process
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I am child process! cnt: %d ,pid: %d, ppid: %d\n", cnt, getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
        
        exit(99);

    }
    else
    {
        //father process

        int quit = 0;
        while(!quit)
        {
            int status = 0;
            pid_t result = waitpid(-1, &status, WNOHANG); //-1表示等待任意的子进程  WNOHANG：以非阻塞的方式等待
            if(result > 0)
            {        
                printf("等待子进程退出成功，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status)); 
                quit = 1;
            }
            else if(result == 0 )
            {
                printf("子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码\n");
            }
            else
            {
                printf("waitpid error\n");
            }
            sleep(1);

            printf("hello father process\n");

        }



            //pid_t ret = wait(NULL);
            
//            int status = 0;
//            pid_t ret = waitpid(id, &status, 0);//阻塞等待
//
//          //  printf("等待子进程退出成功：ret: %d\n,子进程的信号编号：%d\n 子进程的退出码：%d\n",
//          //          ret, status & 0x7F, (status >> 8) & 0xFF); 
//
//        
//            if(ret > 0)
//            {
//                if(WIFEXITED(status))
//                {
//                    printf("子进程正常退出，退出码：%d\n", WEXITSTATUS(status));
//                }
//                else
//                {
//                    printf("子进程异常退出：%d\n", WIFEXITED(status));
//                }
//            }
//
//
      //  while(1)
      //  {  
      //     printf("I am father process! pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
      //     sleep(7);
      //  }
    }

    return 0;
}

输出： 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ vim process_wait.c 
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ make
gcc -o test process_wait.c
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$ ./test 
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
I am child process! cnt: 4 ,pid: 10576, ppid: 10575
hello father process
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
I am child process! cnt: 3 ,pid: 10576, ppid: 10575
hello father process
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
I am child process! cnt: 2 ,pid: 10576, ppid: 10575
hello father process
I am child process! cnt: 1 ,pid: 10576, ppid: 10575
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
hello father process
I am child process! cnt: 0 ,pid: 10576, ppid: 10575
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
hello father process
子进程仍在运行，暂时并未退出，父进程可以继续执行自己的相关代码
hello father process
等待子进程退出成功，退出码：99
hello father process
[wxq@VM-4-9-centos code_4_10]$

最后思考一下：既然进程是具有独立性的，进程退出码，不也是子进程的数据吗?父进程为什么可以拿到呢?? wait/waitpid究竟干了什么呢? ? ?  
  • 本质其实是读取子进程的task _struct结构 （int exit_code, exit_signal;）
  • 僵尸进程:至少要保留该进程的PCB信息! task_struct里面保留了任何进程退出时的退出结果信息!!
  • wait/waitpid有这个权利吗? 当然，这两个接口是系统调用!，不就是操作系统吗 !
  • task_struct是内核数据结构对象!! -- 是操作系统来维护的

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【leetcode】动态规划::前缀和（二）

【leetcode】动态规划::前缀和（二）

标题&#xff1a;【leetcode】前缀和&#xff08;二&#xff09; 水墨不写bug 正文开始&#xff1a; &#xff08;一&#xff09; 和为K的子数组 给你一个整数数组 nums 和一个整数 k &#xff0c;请你统计并返回 该数组中和为 k 的子数组的个数 。 子数组是数组中元素的连续…
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Redis从入门到精通(十一)Redis实战(八)关注、共同关注和Feed流

Redis从入门到精通(十一)Redis实战(八)关注、共同关注和Feed流

↑↑↑请在文章开头处下载测试项目源代码↑↑↑ 文章目录 前言4.9 好友关注4.9.1 关注和取消关注4.9.1.1 创建表是实体类4.9.1.2 实现关注和取消关注 4.9.2 共同关注4.9.2.1 改造关注和取消关注功能4.9.2.2 实现查询共同关注好友功能 4.9.3 Feed流4.9.3.1 Feed流介绍及其实现模…
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蓝桥杯模拟赛题——魔法失灵了——toRefs()

蓝桥杯模拟赛题——魔法失灵了——toRefs()

目标 找到 index.html 中 TODO 部分&#xff0c;正确修复代码使 data 对象恢复响应式特性&#xff0c;即点击页面上的 - 与 按钮可以改变 value 的值。正确实现后效果如下&#xff1a; 题解 value是reactive 利用toRefs; toRefs() 函数可以将 reactive() 创建出来的响应式对象…
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SSL证书有什么作用？

SSL证书有什么作用？

SSL证书的作用&#xff0c;简单来说就是给你的网站穿上“防护服”&#xff0c;保护用户数据安全&#xff0c;增强网站可信度。具体来说&#xff1a; 最重要的是可以帮您的网站实现HTTPS访问。 1. 加密传输&#xff1a; - 像给信件加封密锁一样&#xff0c;SSL证书让网站和用户…
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python爬虫 爬取网页图片

python爬虫 爬取网页图片

http://t.csdnimg.cn/iQgHw //爬虫爬取图片其实是很简单的&#xff0c;但是大多数同学&#xff0c;可能对 url的设置一直有困惑&#xff08;这点本人也在研究&#xff09;&#xff0c;而本篇文章&#xff0c;对于想要爬取图片的小白简直是福利。你只需要将文章代码运行即可&am…
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Matplotlib实现数据可视化

Matplotlib实现数据可视化

Matplotlib是Python中应用较为广泛的绘图工具之一&#xff0c;首次发布于2007年。它在函数设计上参考了MATLAB&#xff0c;因此名字以"Mat"开头&#xff0c;中间的"plot"代表绘图功能&#xff0c;结尾的"lib"表示它是一个集合。Matplotlib支持众…
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CLion图像调试方法研究

CLion图像调试方法研究

在windows下有vistual studio，针对opencv有image watch，在ubuntu下用Clion插件Image Watch要收费，遂研究OpenImageDebugger与CLion问题及在Clion中调试方法 1.Open Image Debugger Open Image Debugger is a tool for visualizing in-memory buffers during debug sessions…
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arcgis使用面shp文件裁剪线shp文件报错

arcgis使用面shp文件裁剪线shp文件报错

水系数据裁剪&#xff0c;输出为空&#xff1a; ArcGIS必会的几个工具的应用 --提取、分割、融合、裁剪&#xff08;矢&#xff09;、合并、追加、镶嵌、裁剪&#xff08;栅&#xff09;、重采样_arcgis分割-CSDN博客 下面的方法都不行&#xff1a; ArcGIS Clip&#xff08;裁…
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ZYNQ学习之Petalinux 设计流程实战

ZYNQ学习之Petalinux 设计流程实战

基本都是摘抄正点原子的文章&#xff1a;<领航者 ZYNQ 之嵌入式Linux 开发指南 V3.2.pdf&#xff0c;因初次学习&#xff0c;仅作学习摘录之用&#xff0c;有不懂之处后续会继续更新~ PetaLinux工具提供了在 Xilinx 处理系统上自定义、构建和部署嵌入式 Linux 解决方案所需的…
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C语言进阶课程学习记录-第27课 - 数组的本质分析

C语言进阶课程学习记录-第27课 - 数组的本质分析

C语言进阶课程学习记录-第27课 - 数组的本质分析 数组实验-数组元素个数的指定实验-数组地址与数组首元素地址实验-指针与数组地址的区别小结 本文学习自狄泰软件学院 唐佐林老师的 C语言进阶课程&#xff0c;图片全部来源于课程PPT&#xff0c;仅用于个人学习记录 数组 实验-数…
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