linux 中的进程wait（）和waitpid函数，僵尸进程详解，以及利用这两个函数解决进程同步问题

转载自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_7776b9d3010144f9.html
在UNIX 系统中,一个进程结束了,但是他的父进程没有等待(调用wait / waitpid)他, 那么他将变成一个僵尸进程. 但是如果该进程的父进程已经先结束了,那么该进程就不会变成僵尸进程, 因为每个进程结束的时候,系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程, 看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程,如果是的话,就由Init 来接管他,成为他的父进程……一个进程在调用exit命令结束自己的生命的时候，其实它并没有真正的被销毁， 而是留下一个称为僵尸进程（Zombie）的数据结构（系统调用exit，它的作用是 使进程退出，但也仅仅限于将一个正常的进程变成一个僵尸进程，并不能将其完全销毁） . 僵尸进程的危害
由于子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程 到底什么时候结束. 那么不会因为父进程太忙来不及waid子进程,或者说不知道 子进程什么时候结束,而丢失子进程结束时的状态信息呢? 不会.因为UNIX提供了一种机制可以保证 只要父进程想知道子进程结束时的状态信息, 就可以得到. 这种机制就是: 在每个进程退出的时候,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等. 但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号the process ID,退出状态the termination status of the process,运行时间the amount of CPU time taken by the process等), 直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放. 但这样就导致了问题,如果你进程不调用wait / waitpid的话, 那么保留的那段信息就不会 释放,其进程号就会一定被占用,但是系统所能使用的进程号是有限的,如果大量的产生 僵死进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害,应当避免. 3.僵尸进程的避免
、父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束，这会导致父进程挂起
. 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler，因为子进程结束后， 父进程会收到该信号，可以在handler中调用wait回收
3. 如果父进程不关心子进程什么时候结束，那么可以用signal（SIGCHLD, SIG_IGN） 通知内核，自己对子进程的结束不感兴趣，那么子进程结束后，内核会回收， 并不再给父进程发送信号
. 还有一些技巧，就是fork两次，父进程fork一个子进程，然后继续工作，子进程fork一 个孙进程后退出，那么孙进程被init接管，孙进程结束后，init会回收。不过子进程的回收 还要自己做。 下面就是Stevens给的采用两次folk避免僵尸进程的示例.、僵尸进程的处理： 它需要它的父进程来为它收尸，如果他的父进程没安装SIGCHLD信号处理函数调用wait或waitpid()等待子进程结束，又没有显式忽略该信号，那么它就一直保持僵尸状态； 存在的问题：如果父进程是一个循环，不会结束，那么子进程就会一直保持僵尸状态，这就是为什么系统中有时会有很多的僵尸进程，系统的性能可能会收到影响。 ** 如果这时父进程结束了，那么init进程自动会接手这个子进程，为它收尸，它还是能被清除的。 、子进程结束后为什么要进入僵尸状态? * 因为父进程可能要取得子进程的退出状态等信息。 、僵尸状态是每个子进程比经过的状态吗？ 是的。 * 任何一个子进程(init除外)在exit()之后，并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构，等待父进程处理。这是每个 子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit()之后，父进程没有来得及处理，这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理，可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态，但这并不等于子进程不经过僵尸状态。 * 如果父进程在子进程结束之前退出，则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理。 、如何查看僵尸进程： $ ps -el 或ps aux |grep -w 'z'其中，有标记为Z的进程就是僵尸进程 S代表休眠状态；D代表不可中断的休眠状态；R代表运行状态；Z代表僵死状态；T代表停止或跟踪状态wait 系统调用系统中的僵尸进程都要由wait系统调用来回收，下面就通过实战看一看wait的具体用法：wait的函数原型是：#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);
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-，同时errno被置为ECHILD。下面就让我们用一个例子来实战应用一下wait调用:#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h> int main()
{
pid_t pc, pr; pc = fork();
if ( pc < )
{
printf("create child prcocess error: %s\n", strerror(errno));
exit();
}
else if ( pc == )
{
printf("I am child process with pid %d \n", getpid());
sleep();
exit();
}
else
{
printf("Now in parent process, pid = %d\n", getpid());
printf("I am waiting child process to exit.\n");
pr = wait(NULL);
if ( pr > )
printf("I catched a child process with pid of %d\n", pr);
else
printf("error: %s\n.\n", strerror(errno));
}
exit();
} 编译并运行：$ gcc wait1.c -o wait1
$ ./wait1
I am child process with pid
Now in parent process, pid =
I am waiting child process to exit.
I catched a child process with pid of
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。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，我们将在以后的文章中介绍），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：，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。）， 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()退出，WEXITSTATUS(status) 就会返回5；如果子进程调用exit()，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：#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h> int main()
{
int status;
pid_t pc, pr; pc = fork();
if ( pc < )
printf("error occured.\n");
else if ( pc == )
{
printf("This is child process with pid of %d.\n", getpid());
exit();
}
else
{
pr = wait(&status);
if ( WIFEXITED(status) )
{
printf("The child process %d exit normally.\n", pr);
printf("the return code is %d.\n", WEXITSTATUS(status));
}
else
printf("The child process %d exit abnormally.\n", pr);
} exit();
} 编译并运行:$ gcc wait2.c -o wait2
$ ./wait2
This is child process with pid of .
the child process exit normally.
the return code is .
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。

for(;wait((int*)0)>0;);

这里的for循环的作用就是等到退出成功才往下运行，否则一直在等待；等价于waitpid(-1, (int *)0, 0)，等待指子进程结束。
总结：如果我们有很多个子进程，那么，当任何一个子进程结束的时候wait都会返回。如果我们像等待其中某一个特定的进程结束（假定我们知道那个进程的进程ID），在老版本的Unix系统上，我们能够调用wait函数，并且比较它返回的进程ID和我们想得到的进程ID。如果这个结束的进程不是我们期望的进程，那么我们不得不保存这个进程ID和结束状态，然后再一次调用wait函数。我们需要继续做这样的事情直到我们期望的进程结束。下一次我们我想要等待一个特定进程的时候，我们需要借助已经结束的进程列表中（这就是我们为什么要记录那些进程ID和结束状态的原因）判断我们是否已经等待过这个进程了，如果没有我们要再一次的调用wait函数。在时下流行的一些Unix系统中，我们可以使用waitpid来完成这个工作，相比较而言方便一些。