wait、waitpid 僵尸进程 孤儿进程

man wait:

NAME
wait, waitpid, waitid - wait for process to change state

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

pid_t wait(int *status);

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

int waitid(idtype_t idtype, id_t id, siginfo_t *infop, int options);
/* This is the glibc and POSIX interface; see
NOTES for information on the raw system call. */

DESCRIPTION
All of these system calls are used to wait for state changes in a child of the calling process, and obtain informa‐
tion about the child whose state has changed. A state change is considered to be: the child terminated; the child
was stopped by a signal; or the child was resumed by a signal. In the case of a terminated child, performing a wait
allows the system to release the resources associated with the child; if a wait is not performed, then the termi‐
nated child remains in a "zombie" state (see NOTES below).

If a child has already changed state, then these calls return immediately. Otherwise they block until either a
child changes state or a signal handler interrupts the call (assuming that system calls are not automatically
restarted using the SA_RESTART flag of sigaction(2)). In the remainder of this page, a child whose state has
changed and which has not yet been waited upon by one of these system calls is termed waitable.

进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

  pid = wait(NULL);   

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

/* wait1.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
main()
{
        pid_t pc,pr;
        pc=fork();

        if(pc<) /* 如果出错 */
               printf("error ocurred!/n");
       else if(pc==){ /* 如果是子进程 */
               printf("This is child process with pid of %d/n",getpid());
              sleep(); /* 睡眠10秒钟 */
            }
        else{ /* 如果是父进程 */
               pr=wait(NULL); /* 在这里等待 */
              printf("I catched a child process with pid of %d/n"),pr);
        }
       exit();
}

编译并运行:

$ gcc wait1.c -o wait1

$ ./wait1

This is child process with pid of 1508

I catched a child process with pid of 1508

可以明显注意到，在第2行结果打印出来前有10 秒钟的等待时间，这就是我们设定的让子进程睡眠的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到。其实这里我们不管设定子进程睡眠的时间有多长，父进程都会一直等待下去，读者如果有兴趣的话，可以试着自己修改一下这个数值，看看会出现怎样的结果。

1.3 参数status 
如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出 还是被非正常结束的（一个进程也可以被其他进程用信号结束），以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，人们就设计了一套专门的宏（macro）来完成这项工作，下面我们来学习一下其 中最常用的两个： 
1，WIFEXITED(status) 这个宏用来指出子进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值。 （请注意，虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait唯一的参数--指向整数的指针status，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混了。） 
2，WEXITSTATUS(status) 当WIFEXITED返回非零值时，我们可以用这个宏来提取子进程的返回值，如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS(status) 就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意，如果进程不是正常退出的，也就是说，WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。 
下面通过例子来实战一下我们刚刚学到的内容：

下面通过例子来实战一下我们刚刚学到的内容：
/* wait2.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
main()
{
       int status;
       pid_t pc,pr;

        pc=fork();
        if(pc<) /* 如果出错 */
               printf("error ocurred!/n");
        else if(pc==){ /* 子进程 */
               printf("This is child process with pid of %d./n",getpid());
               exit(); /* 子进程返回3 */
        }
        else{ /* 父进程 */
               pr=wait(&status);
               if(WIFEXITED(status)){ /* 如果WIFEXITED返回非零值 */
                       printf("the child process %d exit normally./n",pr);
                       printf("the return code is %d./n",WEXITSTATUS(status));
               }else /* 如果WIFEXITED返回零 */
                   printf("the child process %d exit abnormally./n",pr);
        }
}

编译并运行:

$ gcc wait2.c -o wait2

$ ./wait2

This is child process with pid of 1538.

the child process 1538 exit normally.

the return code is 3.

父进程准确捕捉到了子进程的返回值3，并把它打印了出来。

当然，处理进程退出状态的宏并不止这两个，但它们当中的绝大部分在平时的编程中很少用到，就也不在这里浪费篇幅介绍了，有兴趣的读者可以自己参阅Linux man pages去了解它们的用法。

进程同步：

有时候，父进程要求子进程的运算结果进行下一步的运算，或者子进程的功能是为父进程提供了下一步执行的先决条件（如：子进程建立文件，而父进程写入数据），此时父进程就必须在某一个位置停下来，等待子进程运行结束，而如果父进程不等待而直接执行下去的话，可以想见，会出现极大的混乱。这种情况称为进程之间的同步，更准确地说，这是进程同步的一种特例。进程同步就是要协调好2个以上的进程，使之以安排好地次序依次执行。解决进程同步问题有更通用的方法，我们将在以后介绍，但对于我们假设的这种情况，则完全可以用wait系统调用简单的予以解决。请看下面这段程序：

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

main()

{

pid_t pc, pr;

int status;

pc=fork();

if(pc<0)

printf("Error occured on forking./n");

else if(pc==0){

/* 子进程的工作 */

exit(0);

}else{

/* 父进程的工作 */

pr=wait(&status);

/* 利用子进程的结果 */

}

}

这段程序只是个例子，不能真正拿来执行，但它却说明了一些问题，首先，当fork调用成功后，父子进程各做各的事情，但当父进程的工作告一段落，需要用到子进程的结果时，它就停下来调用wait，一直等到子进程运行结束，然后利用子进程的结果继续执行，这样就圆满地解决了我们提出的进程同步问题。

waitpid系统调用在Linux函数库中的原型是：

#include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */

#include <sys/wait.h>

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)

从本质上讲，系统调用waitpid和wait的作用是完全相同的，但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pid和options，从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数：

pid：从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。

pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。

pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。

pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。

pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

options：options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用"|"运算符把它们连接起来使用，比如：

ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，如：

ret=waitpid(-1,NULL,0);

如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。

而WUNTRACED参数，由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到，这里就不多费笔墨了，有兴趣的读者可以自行查阅相关材料。

看到这里，聪明的读者可能已经看出端倪了：wait不就是经过包装的waitpid吗？没错，察看<内核源码目录>/include/unistd.h文件349-352行就会发现以下程序段：

static inline pid_t wait(int * wait_stat)

{

return waitpid(-1,wait_stat,0);

}

返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

1、当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；

2、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；

3、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；

当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；

/* waitpid.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
main()
{
        pid_t pc, pr;

        pc=fork();
        if(pc<) /* 如果fork出错 */
               printf("Error occured on forking./n");
        else if(pc==){ /* 如果是子进程 */
               sleep(); /* 睡眠10秒 */
              exit();
        }
        /* 如果是父进程 */
       do{
               pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG参数，waitpid不会在这里等待 */
               if(pr==){ /* 如果没有收集到子进程 */
                  printf("No child exited/n");
                   sleep();
               }
        }while(pr==); /* 没有收集到子进程，就回去继续尝试 */
        if(pr==pc)
               printf("successfully get child %d/n", pr);
        else
               printf("some error occured/n");
}

编译并运行：

$ cc waitpid.c -o waitpid

$ ./waitpid

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

No child exited

successfully get child 1526

父进程经过10次失败的尝试之后，终于收集到了退出的子进程。

因为这只是一个例子程序，不便写得太复杂，所以我们就让父进程和子进程分别睡眠了10秒钟和1秒钟，代表它们分别作了10秒钟和1秒钟的工作。父子进程都有工作要做，父进程利用工作的简短间歇察看子进程的是否退出，如退出就收集它。

提示：可以尝试在最后一个例子中把pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); 改为pr=waitpid(pc, NULL, 0);或者pr=wait(NULL);看看运行结果有何变化？（修改后的结果使得父进程将自己阻塞，直到有子进程退出为止！）

参考：http://blog.csdn.net/kevinhg/article/details/7001719

为何要fork()两次来避免产生僵尸进程？

 

当我们只fork()一次后，存在父进程和子进程。这时有两种方法来避免产生僵尸进程：

• 父进程调用waitpid()等函数来接收子进程退出状态。
• 父进程先结束，子进程则自动托管到Init进程（pid = 1）。

目前先考虑子进程先于父进程结束的情况：

• 若父进程未处理子进程退出状态，在父进程退出前，子进程一直处于僵尸进程状态。
• 若父进程调用waitpid()（这里使用阻塞调用确保子进程先于父进程结束）来等待子进程结束，将会使父进程在调用waitpid()后进入睡眠状态，只有子进程结束父进程的waitpid()才会返回。 如果存在子进程结束，但父进程还未执行到waitpid()的情况，那么这段时期子进程也将处于僵尸进程状态。

由此，可以看出父进程与子进程有父子关系，除非保证父进程先于子进程结束或者保证父进程在子进程结束前执行waitpid()，子进程均有机会成为僵尸进程。那么如何使父进程更方便地创建不会成为僵尸进程的子进程呢？这就要用两次fork()了。

父进程一次fork()后产生一个子进程随后立即执行waitpid(子进程pid, NULL, 0)来等待子进程结束，然后子进程fork()后产生孙子进程随后立即exit(0)。这样子进程顺利终止（父进程仅仅给子进程收尸，并不需要子进程的返回值），然后父进程继续执行。这时的孙子进程由于失去了它的父进程（即是父进程的子进程），将被转交给Init进程托管。于是父进程与孙子进程无继承关系了，它们的父进程均为Init，Init进程在其子进程结束时会自动收尸，这样也就不会产生僵尸进程了。

在一些程序中经常看见使用两次fork创建子进程，原因如下：
    
    以下摘自《UNIX环境高级编程》
    
    如果一个进程fork一个子进程，但不要它等待子进程终止，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。程序如下：

 #include "apue.h"

    #include <sys/wait.h>

    int

    main（void）

    {

    pid_t    pid;

    if （（pid = fork（）） < ） {

    err_sys（"fork error"）；

    } else if （pid == ） {        /* first child */

    if （（pid = fork（）） < ）

    err_sys（"fork error"）；

    else if （pid > ）

    exit（）；    /* parent from second fork == first child */

    /*

    * We're the second child; our parent becomes 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（）；

    printf（"second child, parent pid = %d\n", getppid（））；

    exit（）；

    }

    if （waitpid（pid, NULL, ） != 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)；

    }

这个程序的实际是，第一次fork创建子进程A,子进程A调用第二次fork创建孙进程B.然后子进程A退出，父进程使用waitpid收集子进程A的信息。那么B的父进程就变成了init的进程。
    
    init进程会在有子进程退出时调用wait函数。
    
    孤儿进程是因为父进程异常结束了，然后被1号进程init收养。
    
    守护进程是创建守护进程时有意把父进程结束，然后被1号进程init收养。
    
    虽然他们都会被init进程收养，但是他们是不一样的进程。
    
    守护进程会随着系统的启动默默地在后台运行，周期地完成某些任务或者等待某个事件的发生，直到系统关闭守护进程才会结束。
    
    孤儿进程则不是，孤儿进程会因为完成使命后结束运行。

一、定义：什么是孤儿进程和僵尸进程

僵尸进程：一个子进程在其父进程还没有调用wait()或waitpid()的情况下退出。这个子进程就是僵尸进程。

孤儿进程：一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。

僵尸进程将会导致资源浪费，而孤儿则不会。

子进程持续10秒钟的僵尸状态(EXIT_ZOMBIE)
------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
        printf("error occurred!/n");
    else if(pid == 0) {
        printf("Hi father! I'm a ZOMBIE/n");
        exit(0);      //(1)
    }
    else {
        sleep(10);
        wait(NULL);   //(2)
    }
}

(1) 向父进程发送SIGCHILD信号
(2) 父进程处理SIGCHILD信号

执行exit(0)时根据其父进程的状态决定自己的状态:
    如果父进程已经退出(没有wait)，则该子进程将会成为孤儿进程过继给init进程
    如果其父进程还没有退出，也没有wait()，那么该进程将向父进程发送SIGCHILD信号，进入僵尸状态等待父进程为其收尸。如果父进程一直没有执行wait()，那么该子进程将会持续处于僵尸状态，如果父进程到死也没有执行wait则在死后会将zombie进程过继给init进程，由init进程来处理zombie进程，最终还是会死掉。

子进程将成为孤儿进程
------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

main()
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if(pid < 0)
        printf("error occurred!/n");
    else if(pid == 0) {
        sleep(6);
        printf("I'm a orphan/n");
        exit(0);
    }
    else {
        sleep(1);
        printf("Children Bye!/n");
    }
}

# ./a.out
Children Bye!
# I'm a orphan
(回车后将会进入#)
#

二、有什么害处：
僵尸进程会占用系统资源，如果很多，则会严重影响服务器的性能
孤儿进程不会占用系统资源，最终是由init进程托管，由init进程来释放它。
处理流程:
只要老爹不等wait(sys/wait.h)儿子,儿子都将成为孤魂野鬼zombie(zombie),unix中默认老爹总是想看儿子死后的状态(以便报仇)  
  if   老爹比儿子先再见  
  儿子将被init(id   =   1)收养,最后的结果是zombie儿子彻底再见,系统资源释放  
  else    
      {  
        儿子的zombie将一直存在,系统资源占用...  
        if   老爹dead    
            儿子将被init(id   =   1)收养,最后的结果是zombie儿子彻底再见,系统资源释放  
   
      else   类似的儿子zombie越来越多,系统就等死了!!!  
    }

signal(SIGCHLD, SIG_IGN); //忽略SIGCHLD信号，这常用于并发服务器的性能的一个技巧
                          //因为并发服务器常常fork很多子进程，子进程终结之后需要
                          //服务器进程去wait清理资源。如果将此信号的处理方式设为
                          //忽略，可让内核把僵尸子进程转交给init进程去处理，省去了
                          //大量僵尸进程占用系统资源。(Linux Only)

三、如何防止僵尸进程
首先明白如何产生僵尸进程：
1、子进程结束后向父进程发出SIGCHLD信号，父进程默认忽略了它
2、父进程没有调用wait()或waitpid()函数来等待子进程的结束
第一种方法:  捕捉SIGCHLD信号,并在信号处理函数里面调用wait函数
转贴Richard Steven的Unix Network Programming代码

int
main(int argc, char **argv)
{
                ...
        Signal(SIGCHLD, sig_chld);
                for(;
                }
                ...
}

void
sig_chld(int signo)
{
        pid_t        pid;
        int        stat;

while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >; 0)
                printf("child %d terminated/n", pid);
        return;
}

第二种方法：两次fork()：转载
在《Unix 环境高级编程》里关于这个在8.6节有非常清楚的说明。

实例
回忆一下8 . 5节中有关僵死进程的讨论。如果一个进程要f o r k一个子进程，但不要求它等待
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，实现这一要求的诀窍是调用f o r k
两次。程序8 - 5实现了这一点。
在第二个子进程中调用s l e e p以保证在打印父进程I D时第一个子进程已终止。在f o r k之后，
父、子进程都可继续执行——我们无法预知哪一个会先执行。如果不使第二个子进程睡眠，则
在f o r k之后，它可能比其父进程先执行，于是它打印的父进程I D将是创建它的父进程，而不是
i n i t进程（进程ID 1）。

#include        <sys/types.h>
#include        <sys/wait.h>
#include        "ourhdr.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 becomes 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);
}
  //avoid zombie process by forking twice

本文来自CSDN博客，转载请标明出处：http://blog.csdn.net/metasearch/archive/2008/05/31/2498853.aspx