进程控制之wait和waitpid函数

当一个进程正常或异常终止时，内核就向其父进程发送SIGCHLD信号。因为子进程终止是个异步事件（这可以在父进程运行的任何时候发生），所以这种信号也是内核向父进程发的异步通知。父进程可以选择忽略该信号，或者提供一个该信号发生时即被调用执行的函数（信号处理程序）。对于这种信号的系统默认动作是忽略它）。

调用wait或waitpid的进程可能会发生的情况：

• 如果其所有子进程都还在运行，则阻塞。
• 如果一个子进程已终止，正等待父进程获取其终止状态，则取得该子进程的终止状态立即返回。
• 如果它没有任何子进程，则立即出错返回。

如果进程由于接收到SIGCHLD信号而调用wait，则可期望wait会立即返回。但是如果在任意时刻调用wait，则进程可能会阻塞。

#include <sys/wait.h>

pid_t wait( int *statloc );
返回值：若成功则返回已终止子进程ID，若出错则返回-1

pid_t waitpid( pid_t pid, int *statloc, int options );
返回值：若成功则返回状态改变的子进程ID，若出错则返回-1，若指定了WNOHANG选项且pid指定的子进程状态没有发生改变则返回0

这两个函数的区别如下：

• 在一个子进程终止前，wait使其调用者阻塞，而waitpid有一个选项，可使调用者不阻塞。
• waitpid并不等待在其调用之后的第一个终止子进程，它有若干个选项，可以控制它所等待的进程。

如果一个子进程已经终止，并且是一个僵死进程，则wait立即返回并取得该子进程的状态，否则wait使其调用者阻塞直到一个子进程终止。如果调用者阻塞而且它有多个子进程，则在其一个子进程终止时，wait就立即返回。因为wait返回终止子进程的进程ID，所以它总能了解是哪一个子进程终止了。

这两个函数的参数statloc是一个整型指针。如果statloc不是一个空指针，则终止进程的终止状态就存放在它所指向的单元内。如果不关心终止状态，则可将该参数指定为空指针。

依据传统，这两个函数返回的整型状态字是由实现定义的。其中某些位表示退出状态（正常返回），其他位则指示信号编号（异常返回），有一位指示是否产生了一个core文件等。POSIX.1规定状态用定义在<sys/wait.h>中的各个宏来查看。有四个互斥的宏可用来取得进程终止的原因，它们的名字都以WIF开始。基于这四个宏中哪一个值为真，就可选用其他宏（表8-1说明栏中下划线标注的宏）来取得终止状态、信号编号等。这四个互斥的宏示于表8-1中。

表8-1 检查wait和waitpid所返回的终止状态的宏

宏	说明
WIFEXITED(status)	若为正常终止子进程返回的状态，则为真。对于这种情况可执行WEXITSTATUS(status)，取子进程传送给exit、_exit或_Exit参数的低8位
WIFSIGNALED(status)	若为异常终止子进程返回的状态，则为真（接到一个不捕捉的信号）。对于这种情况，可执行WTERMSIG(status)，取使子进程终止的信号编号。另外，有些实现定义宏WCOREDUMP(status)，若已产生终止进程的core文件，则它返回真
WIFSTOPPED(status)	若为当前暂停子进程的返回状态，则为真。对于这种情况，可执行WSTOPSIG(status)，取使子进程暂停的信号编号
WIFCONTINUED(status)	若在作业控制暂停后已经继续的子进程返回了状态，则为真。（POSIX.1的XSI扩展；仅用于waitpid。）

 

程序清单8-3 打印exit状态的说明

[root@localhost apue]# cat prog8-3.c
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>

void
pr_exit(int status)
{
        if(WIFEXITED(status))
                printf("normal termination, exit status = %d\n",
                        WEXITSTATUS(status));
        else if(WIFSIGNALED(status))
                printf("abnormal termination, signal number = %d%s\n",
                        WTERMSIG(status),
#ifdef  WCOREDUMP
                WCOREDUMP(status) ? " (core file generated)" : "");
#else
                "");
#endif
        else if(WIFSTOPPED(status))
                printf("child stopped, signal number = %d\n",
                        WSTOPSIG(status));
}

程序清单8-4 演示不同的exit值（调用prog8-3中的pr_exit函数）

[root@localhost apue]# cat prog8-4.c
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>

int
main(void)
{
        pid_t   pid;
        int     status;

        if ((pid = fork()) < 0)
                err_sys("fork error");
        else if (pid == 0)
                exit(7);                /* child */

        if (wait(&status) != pid)       /* wait for child */
                err_sys("wait error");
        pr_exit(status);                /* and print its status */

        if ((pid = fork()) < 0)
                err_sys("fork error");
        else if (pid == 0)              /* child */
                abort();

        if (wait(&status) != pid)       /* wait for child */
                err_sys("wait error");
        pr_exit(status);                /* and print its status */

        if ((pid = fork()) < 0)
                err_sys("fork error");
        else if (pid == 0)              /* child */
                status /= 0;            /* divide by 0 generates SIGPE */

        if (wait(&status) != pid)       /* wait for child */
                err_sys("wait error");
        pr_exit(status);                /* and print its status */

        exit(0);
}

运行该程序可得：

[root@localhost apue]# ./prog8-4
normal termination, exit status = 7
abnormal termination, signal number = 6
abnormal termination, signal number = 8

不幸的是，没有一种可移植的方法将WTERMSIG得到的信号编号映射为说明性的名字。我们必须查看<signal.h>头文件才能知道SIGABRT的值是6，SIGFPE的值是8.

正如前面所述，如果一个进程有几个子进程，那么只要有一个子进程终止，wait就返回。如果要等待一个指定的进程终止（如果知道要等待进程的ID），那么该如何做呢？POSIX.1定义了waitpid函数以提供这种功能（以及其他一些功能）。

对于waitpid函数中pid参数的作用解释如下：

pid == –1	等待任一子进程。就这一方面而言，waitpid与wait等效。
pid > 0	等待其进程ID与pid相等的子进程。
pid == 0	等待其组ID等于调用进程组ID的任一子进程。
pid < –1	等待其组ID等于pid绝对值的任一子进程。

waitpid函数返回终止子进程的进程ID，并将该子进程的终止状态存放在由status指向的存储单元中。对于wait，其唯一的出错是调用进程没有子进程（函数调用被一个信号中断时，也可能返回另一种出错）。但是对于waitpid，如果指定的进程或进程组不存在，或者参数pid指定的进程不是调用进程的子进程则都将出错。

options参数使我们能进一步控制waitpid的操作。此参数可以是0，或者是表8-2中常量按位“或”运算的结果。

表8-2 waitpid的options常量

常量	说明
WCONTINUED	若实现支持作业控制，那么由pid指定的任一子进程在暂停后已经继续，但其状态尚未报告，则返回其状态
WNOHANG	若由pid指定的子进程并不是立即可用的，则waitpid不阻塞，此时其返回值为0
WUNTRACED	若某实现支持作业控制，而由pid指定的任一子进程已处于暂停状态，并且其状态自暂停以来还未报告过，则返回其状态。WIFSTOPPED宏确定返回值是否对应于一个暂停子进程

 

waitpid函数提供了wait函数没有提供的三个功能：

（1）waitpid可等待一个特定的进程，而wait则返回任一终止子进程的状态。

（2）waitpid提供了一个wait的非阻塞版本。有时用户希望取得一个子进程的状态，但不想阻塞。

（3）waitpid支持作业控制（利用WUNTRACED和WCONTINUED选项）。

如果一个进程fork一个子进程，但不要等待子进程终止，也不希望子进程处于僵死状态直到父进程终止，实现这一要求的技巧是调用fork两次。

程序清单8-5 调用fork两次以避免僵死进程

[root@localhost apue]# cat prog8-5.c
#include "apue.h"
#include <sys/wait.h>

int
main(void)
{
        pid_t pid;

        if ((pid = fork()) < 0)
        {
                err_sys("fork error");
        }
        else if (pid == 0)              /* first child */
        {
                if ((pid = fork()) < 0)
                        err_sys("fork error");
                else if (pid > 0)
                        exit(0);        /* parent from second fork == first child */

                /*
                * We're the second child; our parent become init as soon
                * as our real parent calls exit() in the statement above.
                * Here's where we'd continue executing, knowing that when
                * we're done, init will reap our status.
                */
                sleep(2);
                printf("second child, parent pid = %d\n", getppid());
                exit(0);
        }
        if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)       /* wait for first child */
                err_sys("waitpid error");

        /*
        * We're the parent ( the original process ); we continue executing,
        * knowing that we're not the parent of the second child.
        */
        exit(0);
}

第二个子进程调用sleep以保证在打印父进程ID时第一个子进程已终止。在fork之后，父、子进程都可继续执行，并且我们无法预知哪一个会先执行。在fork之后，如果不使第二个子进程休眠，那么它可能比其父进程先执行，于是它打印的父进程ID将是创建它的父进程，而不是init进程（进程ID 1）。

执行结果：

[root@localhost apue]# ./prog8-5
[root@localhost apue]# second child, parent pid = 1

注意，当原先的进程（也就是exec本程序的进程）终止时，shell打印其提示符，这在第二个子进程打印其父进程ID之前。

本篇博文内容摘自《UNIX环境高级编程》（第二版），仅作个人学习记录所用。关于本书可参考：http://www.apuebook.com/。