進程管理之wait和waitpid

殭屍進程

在介紹wait、waitpid和waitid函數之前，首先要介紹一下僵屍進程，因為，這三個函數的本質任務就是處理僵屍進程的問題。

進程會我們的生命體一樣，也有消亡。進程在退出時，核心會清理進程幾乎所有的資源。例如：記憶體資源、檔案資源、號誌資源、共用記憶體資源或者參照數減一 又或釋放共用記憶體資源。但還有少量的資源沒有被核心清理，例如：過程控制塊PCB task_struct、核心棧資源。這些資源沒有被釋放，是為了保留一些進程退出是的重要資訊，例如：進程消耗的系統cpu時間、使用者cpu時間；收到了多少信號等待這些資訊，類似於“墓誌銘”，總結了進程的一生。而wait、waitpid和waitid函數就是來釋放這些“墓誌銘”資訊的。之後進程就脫離了殭屍進程的狀態。

進程的僵屍進程的狀態，是一種“刀槍不入的狀態”，即使是用kill -9 也無法殺死。只能通過wait這些函數活著是通過init進程來“收屍”；

對於建立了很多的子進程的父進程，獲取子進程的退出資訊是非常有意義的。

wait函數

函數宣告

include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

返回值

• 返回退出子進程的pid；
• 等待過程中，收到了信號。信號打斷了系統呼叫，並且註冊信號處理常式時沒有設定SA_RESTAR標識位，系統呼叫不會被重新啟動。wait函數返回-1，全域性變數error=EINIR（表示函數被信號中斷）；
• 所有需要等待的子進程都已經退出，沒有要等的子進程的。wait函數返回-1，全域性變數error=ECHLD（表示呼叫進程時發現並沒有子進程需要等待）；

由上述返回值的含義，等待所有子進程的退出時，要注意不要丟掉對信號中斷情況的考慮，程式碼如下：

pit_t my_wait(int *state) { int retval; while( (retval=wait(state))!=-1 && (error==EINIR) ); return retval; }

引數說明

wait函數的引數和waitpid函數的引數是一個意思。但waitpid函數對wait函數的局限性做了擴充套件，所以，在介紹waitpid時，再來講wait的引數。

wait函數的局限性

• 不能等待特定的子進程
• 如果子進程不存在，就會阻塞
• 只能探知子進程的死亡，卻不能探測子進程的暫停，也無法探知進程的甦醒

waitpid函數

waitpid函數的宣告

#include<sys/wait.h>
pid_t waitpid(pit_t pid,int *status,int options);

返回值

返回值和wait函數一樣。

引數說明

pid引數

• pid > 0：表示等待進程ID為pid的子進程；
• pid = 0：表示等待與呼叫進程同一行程群組的任意子進程；
• pid = -1：表示等待任意子進程；
• pid < -1：表示等待所有子進程中，行程群組ID與pid絕對值相等的所有子進程；

pid引數的理解：

   首先給父進程要等待的子進程分類。子進程分為：和父進程同一行程群組的子進程，和父進程不同行程群組的子進程。子進程可以設定自己的行程群組，所以某些子進程不一定和父進程歸屬於同一個行程群組；pid>0,很自然，代表要等待的子進程pid，這叫做“精準打擊”；還有情況就是分類等待子進程。由上述分類可知，與父進程為同一行程群組的子進程怎麼表示，呼叫waitpid函數的父進程本來就知道自己的行程群組pid，所以，不用設定引數pid的值，即給0就行；那與父進程不在同一行程群組的子進程的話，就得設定引數pid的值了，但要和“精準打擊”的方式區別開，所以給負值，但取絕對值；當然，等待任意子進程的需求還是有的，而現在也正好只剩下一個值“-1”，剛好給它用；綜述，通過上面的分析才有了pid引數的使用方式。

核心實現簡述

核心之中，wait和waitpid函數呼叫的都是wait4函數。根據pid的值來給wait_ opts結構體變數wo中的wo_type複製，再以實參的形式傳參給do_wait函數,do_wait函數來決定等待什麼狀態的子進程。

wait4中的部分程式碼：

struct wait_opts wo;
        .
        .     //給type複製的過程
        .
wo.wo_type = type;
wo.wo_pid  = pid;
       .
       .
       .
ret = do_wait(&wo);

在do_ wait函數中，主要要完成兩個人物，第一，父進程中的每個執行緒都會去遍歷子進程，第二，篩選要等待的子進程；在核心中，task_struct成員中children變數是儲存子進程連結串列的連結串列頭，利用list_for_each_enpty函數來遍歷。利用eligible_pid函數來篩選。

遍歷子進程程式碼：

static int do_wait_thread(struct wait_opts *wo,
                               struct task_struct *tsk)
{
    struct task_struct *p;
    list_for_each_enpty(p,&tsk->children,silbling)
    {
        int ret = wait_consider_task(wo,0,p);
        if(ret)
            return ret;
    }
    return 0;
}

篩選子進程的程式碼：

static int eligible_pid(struct wait_opts *wo,
                             struct task_struct *p)
{
    return wo->wo_type == PIDTYPE_MAX || 
           task_pid_type(p,wo->wo_type) == wo->wo_pid;
}

當waitpid函數引數pid的值為-1時，wo_type的值為PIDTYPE_MAX；其他三種情況由task_pid_type函數來處理。

引數options

是一個位掩碼，可以同時存在多個標誌。當options的值為0時，行為和wait類似。

標誌位：

• WUNTRACE：關心終止子進程和因信號中斷的子進程的資訊（阻塞）；
• WCONTINUED：關係終止子進程和信號終止後由恢復執行的子進程（阻塞）；
• WNOHANG：指定的子進程沒有發生變化，waitpid立即返回，返回值為0；出錯返回時，返回值為-1，通過error=ECHILD和返回值來區分這兩種情況。注意：error的值不會為EINTR，因為信號中斷由WUTRACE來控制。

引數status

該引數儲存的資訊時按位元儲存的，我們沒辦法解析status的值，只能通過系統提供的宏去解析。這些宏安功能分可以分為兩類：獲取子進程狀態和判斷是非由相應信號產生；

• 進程正常退出

    WIFEIXITED（status）：正常退出，返回true；
    WEXITSTATUS（status）：正常退出，獲取進程退出狀態；

• 進程收到信號退出

  WIFSIGNALED(status): 被信號殺死，返回true；
  WTREMSIG（status）：被信號殺死，返回殺死進程的pid；
  WCOREDUMOP（status）：子進程產生core dump，返回true；

• 進程收到信號停止

  WIFSTOPPED(status)：收到相關信號，暫停執行，返回true；
  WSTOPSIG（status）：如果子進程處於停止狀態，該宏返回導致子進
  程停止的信號值；

• 進程收到信號回復執行

WIFCONTINUED(status): 遞送SIGCONT信號，子進程回復執行，返回true；

沒有必要返回使子進程甦醒的信號的值，因為只有唯一一個SIGCONT信號才能使進程又停止狀態恢復到執行狀態。

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