[Linux入门]---进程等待

news2024/11/26 10:49:41

文章目录

  • 1.进程等待必要性
    • 1.1什么是进程等待?**
    • 1.2为什么需要进程等待？
  • 2.进程等待的方法
    • 2.1wait方法
    • 2.2waitpid方法
      • 2.2.1获取子进程status
      • 2.2.2options选项，父进程等待的三种方式

1.进程等待必要性

1.1什么是进程等待?**

通过系统调用wait/waitpid，来进行对子进程状态监测与回收的功能!

1.2为什么需要进程等待？

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

#define N 10

void RunChild()
{
    int cnt = 5;
    while (cnt)
    {
        printf("I am Child Process, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);
        cnt--;
    }
}

int main()
{
    //wait / waitpid
    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            RunChild();
            exit(i);
            printf("create child process: %d success\n", id); // 这句话只有父进程才会执行
        }
    }
    sleep(10);

    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
①僵尸进程无法被信号杀死，需要进程等待杀掉它，解决内存泄漏问题；②创建子进程，父进程（用户）需要知道子进程任务的完成的情况，可以通过进程等待子进程任务的完成的情况！

2.进程等待的方法

父进程通过调用wait/waitpid，对子进程资源的回收！

在这里插入图片描述

2.1wait方法

#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
作用：
可以回收任意退出的子进程

eg1：

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

#define N 10

void RunChild()
{
    int cnt = 5;
    while (cnt)
    {
        printf("I am Child Process, pid: %d, ppid:%d\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);
        cnt--;
    }
}

int main()
{

    for (int i = 0; i < N; i++)
    {
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            RunChild();
            exit(i);
            printf("create child process: %d success\n", id); // 这句话只有父进程才会执行
        }
    }
    sleep(10);
    // 等待
    for(int i = 0; i < N; i++)
    {
        // wait当任意一个子进程退出的时候，wait回收子进程
        pid_t id = wait(NULL);
        if(id > 0)
        {
            printf("wait pid:%d success\n", id);
        }
    }
    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述

2.2waitpid方法

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。

eg2：

 //pid_t id = wait(NULL);将上面的eg1的代码语句替换成以下一句，可以达到相同的效果
 pid_t id=waitpid(-1,NULL,0);

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述

2.2.1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不能简单的当作整形来看待，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）：
    在这里插入图片描述

eg3:

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

int main()
{ 
    pid_t id=fork();
    if(id < 0)
    {
      perror("fork");
      return 1;
    }
    else if(id == 0)
    {
      int cnt=3;
      while(cnt)
      {
        printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);
        cnt--;
        sleep(1);
      }
      exit(12);
    }
    else{
      int status = 0;

      pid_t ret = waitpid(id,&status,0);

      if(ret==id)
      {
        printf("wait success, ret:%d, exit sig:%d, exit code:%d\n",ret,status&0x7F,(status>>8)&0xFF);
      }
    }
    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述
使用信号杀掉子进程的指令：

kill -l -pid
//其中-l为信号选项，可以选用任意异常信号终止进程

在这里插入图片描述
eg4:

//使用指令
kill -9 30773

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述
eg5：

//在子进程允许的代码中添加以下，让子进程异常退出
int* p=NULL;
*p=100;

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述
总结：

①进程异常会被操作系统识别成信号杀掉；进程没有出现异常，信号码为0，这时我们只需要观察进程退出即可，子进程结束后代码和数据立即释放掉，PCB资源并没有被立即释放，操作系统需要从子进程PCB中获取信号码和退出码数据封装到status中，让父进程通过wait/waitpid在这里插入代码片系统接口函数获取！
②可以使用以下两个宏，一个判断进程是否正常终止，一个获取进程的退出码
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）

2.2.2options选项，父进程等待的三种方式

①options选项若是为0，父进程阻塞等待子进程结束，等待方式：阻塞等待

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

int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id < 0)
    {
      perror("fork");
      return 1;
    }
    else if(id == 0)
    {
      int cnt=3;
      while(cnt)
      {
        printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);
        //printf("I am child, pid:%d, ppid:%d",getpid(),getppid());
        cnt--;
        sleep(1);
      }
      sleep(20);
      exit(12);
    }
    else if(id>0){
      int status = 0;
      printf("I am parent, pid: %d 子进程，你知道我在等你吗？\n",getpid());
      pid_t ret = waitpid(id,&status,0);
      
      if(ret>0)
      {
        if(WIFEXITED(status))
        {
          printf("进程是正常跑完的，退出码:%d\n",WEXITSTATUS(status));
        }
        else{
          printf("进程出异常了\n");
        }
      }
    }
    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述

②optiont选项若是为WNOHANG ，若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，等待方式：进行非阻塞等待，配合循环使用（非阻塞轮询）

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

int main()
{  
    pid_t id=fork();
    if(id < 0)
    {
      perror("fork");
      return 1;
    }
    else if(id == 0)
    {
      int cnt=3;
      while(cnt)
      {
        //int* p=NULL;
        //*p=100;
        printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);
        //printf("I am child, pid:%d, ppid:%d",getpid(),getppid());
        cnt--;
        sleep(1);
      }
      //sleep(20);
      exit(12);
    }
    else if(id>0)
    {
      int status = 0;
      printf("I am parent, pid: %d 子进程，你知道我在等你呀！\n",getpid());
      while(1)//轮询
      {
          pid_t ret = waitpid(id,&status,WNOHANG);
          if(ret>0)
          {
            if(WIFEXITED(status))
            {
              printf("进程是正常跑完的，退出码:%d\n",WEXITSTATUS(status));
            }
            else{
              printf("进程出异常了\n");
            }
            break;
          }
          else if(ret<0)
          {
            printf("wait failed\n");
            break;
          }
          else if(ret == 0)
          {
              printf("你好了没？子进程还没有退出，我在等等...\n");
              sleep(1);
         }
      }
    }
    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述

③optiont选项若是为WNOHANG ，若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，等待方式：非阻塞轮询+父进程做自己的事情

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

#define TASK_NUM 10

typedef void(*task_t)();//函数指针
task_t tasks[TASK_NUM];//函数指针数组

void task1()
{
  printf("这是一个执行打印日志的任务，pid:%d\n",getpid());
}

void task2()
{
  printf("这是一个执行检测网络健康状态的一个任务，pid:%d\n",getpid());
}

void task3()
{
  printf("这是一个进行绘制图形界面的任务，pid:%d\n",getpid());
}

int AddTask(task_t t);//函数声明

//任务的管理代码
void InitTask()
{
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++) tasks[i]=NULL;
  AddTask(task1);
  AddTask(task2);
  AddTask(task3);
}

int AddTask(task_t t)
{
  int pos=0;
  for(; pos < TASK_NUM; pos++)
  {
    if(!tasks[pos])break;//判断函数指针数组是否还有位置
  }
  if(pos == TASK_NUM)return -1;
  tasks[pos]=t;
  return 0;
}

void ExecuteTask()
{
  //执行任务
  for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
  {
    if(!tasks[i])continue;
    tasks[i]();
  }
}
int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id < 0)
    {
      perror("fork");
      return 1;
    }
    else if(id == 0)
    {
      int cnt=3;
      while(cnt)
      {
        printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);

        cnt--;
        sleep(1);
      }
      exit(12);
    }
    else if(id>0){
      int status = 0;
      InitTask();//初始化和加载
      printf("I am parent, pid: %d 子进程，你知道我在等你呀！\n",getpid());
      while(1)//轮询
      {
          pid_t ret = waitpid(id,&status,WNOHANG);
          if(ret>0)
          {
            if(WIFEXITED(status))
            {
              printf("进程是正常跑完的，退出码:%d\n",WEXITSTATUS(status));
            }
            else{
              printf("进程出异常了\n");
            }
            break;
          }
          else if(ret<0)
          {
            printf("wait failed\n");
            break;
          }
          else if(ret == 0)
          {
              ExecuteTask();//父进程做自己的事情
              usleep(500000);
          }
      }
    }
    return 0;
}

代码运行结果如下：
在这里插入图片描述
问题1： 父进程以非阻塞轮询+做执行自己的任务的方式等待子进程时，究竟是等待子进程重要，还是父进程执行其他任务重要？

答：当然是等待子进程回收资源重要，只不过子进程执行任务时，父进程会闲置造成资源浪费，为充分利用父进程资源，便设置一些任务让父进程去执行！

问题2： 父进程以非阻塞轮询+做执行自己的任务的方式等待子进程时，如果父进程执行其他任务过重，造成没有在子进程结束的时候立即回收，会不会对有什么影响呢？

答：父进程在等待子进程时，执行的任务都是轻量化的工作，如网络写入、记录日志、错误处理等工作，不会影响子进程的回收；如果父进程执行任务过多，没能在子进程结束的时候立即回收，当父进程执行其他任务结束时便会对子进程资源进行回收，不会有什么影响！这种延迟回收的方式，在父进程创建多个子进程时，等待所有子进程全部结束时再一起回收，反而会更好！

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