多进程

一、进程状态

在这里插入图片描述

二、创建子进程 - fork

1、函数接口

 #include <unistd.h>

pid_t fork(void);

2、基本概述
成功后，子进程的 PID 在父进程中返回，在子进程中返回 0。
失败时，在父进程中返回 -1，不创建子进程，并正确设置 errno。

3、错误码

三、监控子进程 - wait/waitpid

1、函数接口

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *wstatus);

pid_t waitpid(pid_t pid, int *wstatus, int options);

int waitid(idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options);

2、wait 执行动作
如果调用进程并无被等待的子进程终止，调用进程一直阻塞等待，直到某个子进程终止。
如果调用时已有子进程终止，wait() 则立即返回。

如果 wstatus 非空，wstatus 表示子进程如何终止的信息。

将子进程的 id 作为 wait() 返回结果。出错时，wait() 返回 -1。

如果没有子进程了，函数立刻返回，返回-1；如果子进程都已经结束了，也会立即返回，返回-1，并且会回收子进程的资源。

3、错误码
ECHILD：调用进程没有子进程，wait() 返回 -1,并将 errno 置为 ECHILD。

4、缺陷
如果使用 wait 阻塞回收子进程资源，可能影响其他业务处理。

如果使用 wait 非阻塞轮训调用回收子进程资源，会增加程序设计的复杂性。

四、孤儿进程

父进程已经结束，子进程仍在运行。运行的子进程称为孤儿进程。

孤儿进程由众进程之祖(init进程)接管。

五、僵尸进程

子进程已经结束，父进程未使用 wait/waitpid 对子进程资源进行回收，未回收资源的子进程称为僵尸进程。

僵尸进程无法通过信号杀死。

六、父进程使用 SIGCHLD 信号建立子进程资源回收机制

子进程终止，系统都会向其父进程发送 SIGCHLD 信号。系统对 SIGCHLD 默认处理是忽略。

当调用信号处理程序时，会暂时将引发调用的信号阻塞起来(除非为sigaction()指定SA_NODEFER标志)，且不会对 SIGCHLD 标准信号进行排队。如果 2 个子进程相继终止，即产生2次 SIGCHLD 信号，父进程只能捕捉到1个 SIGCHLD，SIGCHLD 信号造成丢失情况。

解决 SIGCHLD 信号丢失问题方案一：使用循环以 WNOHANG 标志来调用 waitpid()，直至再无其他终止的子进程需要处理为止。

while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG) > 0){
    continue;
}

注意：如果信号处理函数耗时较长，仍会出现信号丢失问题。

七、忽略终止的子进程

将 SIGCHLD 处置显示设置为 SIG_IGN，系统将终止的子进程立即删除，避免子进程的产生。子进程状态也将被删除，故而 wait() 调用不会返回子进程的任何信息。

八、僵尸进程处理方法

1、通过信号机制：通过重新实现 SIGCHILD 信号处理函数。这种方法有信号丢失情况。
2、2次fork：让init进程负责子进程资源回收工作。
3、父进程调用wait进行子进程资源回收。
4、通过 signal(SIGCHLD, SIG_IGN) 通知内核不关心子进程结束，让内核回收。

附录一：多进程

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    pid_t childPid = 0;
    pid_t waitPid = 0;
    int i = 0;
    int processNum = 5;

    /* 1、创建子进程 */
    for(i=1;i<processNum;i++){
        switch(childPid = fork()){
            case -1:
                exit(-1);
                break;
            case 0:
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    printf("ppid = %ld pid = %ld %s\r\n",(long)getppid(),(long)getpid(),(childPid == 0) ? "(child)" : "(parent)");

    return 0;
}

附录二：监控子进程 - 使用 wait/waitpid 回收子进程资源

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    pid_t childPid = 0;
    pid_t waitPid = 0;
    int i = 0;
    int processNum = 5;

    /* 1、创建子进程 */
    for(i=1;i<processNum;i++){
        switch(childPid = fork()){
            case -1:
                exit(-1);
                break;
            case 0:
                break;
            default:
                break;
        }
    }

    printf("ppid = %ld pid = %ld %s\r\n",(long)getppid(),(long)getpid(),(childPid == 0) ? "(child)" : "(parent)");

    sleep(3);

    /* 2、回收子进程资源 */
    while(1){
        waitPid = wait(NULL);
        if(waitPid == -1){
            if(errno == ECHILD){
//                printf("No more children\r\n");
                exit(0);
            }else{
                printf("other errrno\r\n");
                exit(-1);
            }
        }
        printf("pid: %ld children return\r\n",(long)waitPid);
    }

    return 0;
}

测试：

ppid = 3476 pid = 14118 (parent)
ppid = 14118 pid = 14123 (child)
ppid = 14118 pid = 14121 (parent)
ppid = 14118 pid = 14120 (parent)
ppid = 14119 pid = 14129 (child)
ppid = 14118 pid = 14119 (parent)
ppid = 14120 pid = 14128 (child)
ppid = 14119 pid = 14122 (parent)
ppid = 14119 pid = 14124 (parent)
ppid = 14127 pid = 14132 (child)
ppid = 14121 pid = 14126 (child)
ppid = 14122 pid = 14127 (parent)
ppid = 14120 pid = 14125 (parent)
ppid = 14122 pid = 14130 (child)
ppid = 14125 pid = 14133 (child)
ppid = 14124 pid = 14131 (child)


pid: 14123 children return
pid: 14129 children return
pid: 14128 children return
pid: 14126 children return
pid: 14132 children return
pid: 14133 children return
pid: 14121 children return
pid: 14130 children return
pid: 14131 children return
pid: 14125 children return
pid: 14127 children return
pid: 14124 children return
pid: 14122 children return
pid: 14120 children return
pid: 14119 children return

附录三：孤儿进程

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    pid_t childPid = 0;
    pid_t waitPid = 0;
    int i = 0;
    int processNum = 5;


    switch(childPid = fork()){
        case -1:
            exit(-1);
            break;
        case 0:
            break;
        default:
            exit(0);
            break;
    }

    printf("ppid = %ld pid = %ld %s\r\n",(long)getppid(),(long)getpid(),(childPid == 0) ? "(child)" : "(parent)");
    while(1);

    return 0;
}

附录四：僵尸进程

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

int main(int argc, char* argv[])
{
    pid_t childPid = 0;
    pid_t waitPid = 0;
    int i = 0;
    int processNum = 5;


    switch(childPid = fork()){
        case -1:
            exit(-1);
            break;
        case 0:
            exit(0);
            break;
        default:
            break;
    }

    printf("ppid = %ld pid = %ld %s\r\n",(long)getppid(),(long)getpid(),(childPid == 0) ? "(child)" : "(parent)");
    while(1);

    return 0;
}

附录五：多进程示例

#include "stdio.h"
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
 #include <signal.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
    pid_t childPid = 0;
    pid_t waitPid = 0;
    int i = 0;
    int processNum = 5;

    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

    switch(childPid = fork()){
        case -1:
            exit(-1);
            break;
        case 0:
            exit(0);
            break;
        default:
            break;
    }

    printf("ppid = %ld pid = %ld %s\r\n",(long)getppid(),(long)getpid(),(childPid == 0) ? "(child)" : "(parent)");
    while(1);

    return 0;
}