Linux网络编程(三)

Linux网络编程(三) wait()还是waitpid()

Linux网络编程(二)存在客户端断开连接后，服务器端存在大量僵尸进程。这是由于服务器子进程终止后，发送SIGCHLD信号给父进程，而父进程默认忽略了该信号。为避免僵尸进程的产生，无论我们什么时候创建子进程时，主进程都需要等待子进程返回,以便对子进程进行清理。为此，我们在服务器程序中添加SIGCHLD信号处理函数。

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代码如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
#define SERV_PORT 1113
#define LISTENQ  32
#define MAXLINE 1024
/***连接处理函数***/
void str_echo(int fd);
void
sig_chld(int signo)
{
    pid_t    pid;
    int        stat;
    pid = wait(&stat);//获取子进程进程号
    printf("child %d terminated
", pid);
    return;
}
int 
main(int argc, char *argv[]){
  int listenfd,connfd;
  pid_t childpid;
  socklen_t clilen;
  struct sockaddr_in servaddr;
  struct sockaddr_in cliaddr;
  //struct sockaddr_in servaddr;
  //struct sockaddr_in cliaddr;
  if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0))==-1){
     fprintf(stderr,"Socket error:%s
a",strerror(errno));
     exit(1);
  }
  /* 服务器端填充 sockaddr结构*/ 
  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl (INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  signal(SIGCHLD,sig_chld);//处理SIGCHLD信号
  /* 捆绑listenfd描述符  */ 
  if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)(&servaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
    fprintf(stderr,"Bind error:%s
a",strerror(errno));
    exit(1);
   }
   /* 监听listenfd描述符*/
    if(listen(listenfd,5)==-1){
        fprintf(stderr,"Listen error:%s
a",strerror(errno));
        exit(1);
    }
  for ( ; ; )  {
    clilen = sizeof(cliaddr);
    /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接  */
    if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)(&cliaddr),&clilen))<0){
        /*当一个子进程终止时，执行信号处理函数sig_chld，
        而该函数返回时，accept系统调用可能返回一个EINTR错误，
        有些内核会自动重启被中断的系统调用，为便于移植，将考虑对EINTR的处理*/
        if(errno==EINTR)
            continue;
        fprintf(stderr,"Accept error:%s
a",strerror(errno));
        exit(1);
    }
    //有客户端建立了连接后
    if ( (childpid = fork()) == 0) { /*子进程*/
       close(listenfd);    /* 关闭监听套接字*/
       str_echo(connfd);   /*处理该客户端的请求*/
       exit (0);
    }
    close(connfd);/*父进程关闭连接套接字，继续等待其他连接的到来*/
 }
}
void str_echo(int sockfd){
    ssize_t n;
    char  buf[MAXLINE];
    again:
      while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0)
          write(sockfd, buf, n);
      if (n < 0 && errno == EINTR)//被中断，重入
          goto again;
      else if (n < 0){//出错
        fprintf(stderr,"read error:%s
a",strerror(errno));
        exit(1);
      }   
}

修改代码后，当客户端断开连接后，服务器端父进程收到子进程的SIGCHLD信号后，会执行sig_chld函数，对子进程进行了清理，便不会再出现僵尸进程。此时，一个客户端主动断开连接后，服务器端会输出类似如下信息：

child 12306 terminated

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wait和waitpid
上述程序中sig_chld函数，我们使用了wait()来清除终止的子进程。还有一个类似的函数wait_pid。我们先来看看这两个函数原型：

pid_t wait(int *status);

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

官方描述：All of these system calls are used to wait for state changes in a child of the calling process, and obtain information about  the  child  whose state  has changed.  A state change is considered to be: the child ter minated; 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 terminated child remains in a "zombie" state (see NOTES below).

关于wait和waitpid两者的区别与联系：

The wait() system call suspends execution of the calling process  until one  of  its children terminates.  The call wait(&status) is equivalent to:

waitpid(-1, &status, 0);

The waitpid() system call suspends execution  of  the  calling  process until a child specified by pid argument has changed state.  By default, waitpid() waits only for terminated children, but this behavior is modifiable via the options argument, as described below.
　　也就是说，wait()系统调用会挂起调用进程，直到它的任意一个子进程终止。调用wait(&status)的效果跟调用waitpid(-1, &status, 0)的效果是一样一样的。

　　waitpid()会挂起调用进程，直到参数pid指定的进程状态改变，默认情况下，waitpid() 只等待子进程的终止状态。如果需要，可以通过设置options的值，来处理非终止状态的情况。比如：

The value of options is an OR of zero or more  of  the  following  constants:

 WNOHANG     return immediately if no child has exited.

 WUNTRACED   also  return  if  a  child  has stopped (but not traced via ptrace(2)).  Status for traced children which have  stopped is provided even if this option is not specified.

WCONTINUED (since Linux 2.6.10)also return if a stopped child has been resumed by delivery of SIGCONT.

等等一下非终止状态。

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 现在来通过实例看看wait()和waitpid()的区别。

通过修改客户端程序，在客户端程序中一次性建立5个套接字连接到服务器，状态如下图所示（附代码）：

 

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
#define SERV_PORT 1113
#define MAXLINE 1024
void str_cli(FILE *fp, int sockfd);
int
main(int argc, char **argv)
 {
    int   i,sockfd[5];
    struct sockaddr_in servaddr;
    if (argc != 2){
        fprintf(stderr,"usage: tcpcli <IPaddress>
a");
        exit(0);
    }
    for(i=0;i<5;++i){//与服务器建立五个连接，以使得服务器创建5个子进程
        if((sockfd[i]=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){
            fprintf(stderr,"Socket error:%s
a",strerror(errno));
            exit(1);
        }
    
        /* 客户程序填充服务端的资料*/
         bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
         servaddr.sin_family=AF_INET;
         servaddr.sin_port=htons(SERV_PORT);
         if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){
            fprintf(stderr,"inet_pton Error:%sa
",strerror(errno));
            exit(1);
         }
           /* 客户程序发起连接请求*/ 
        if(connect(sockfd[i],(struct sockaddr *)(&servaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
            fprintf(stderr,"connect Error:%sa
",strerror(errno));
            exit(1);
        }
    }
     str_cli(stdin, sockfd[0]);/*仅用第一个套接字与服务器交互*/
     exit(0);
 }
 void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
   int nbytes=0;
   char  sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
   while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){//从标准输入中读取一行
      write(sockfd, sendline, strlen(sendline));//将该行发送给服务器
      if ((nbytes=read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0){//从sockfd读取从服务器发来的数据
          fprintf(stderr,"str_cli: server terminated prematurely
");
          exit(1);
      }
      recvline[nbytes]='';
      fputs(recvline, stdout);
   }
}

当客户终止时，所以打开的描述子均由内核自动关闭，因此5个连接基本在同一时刻发生，相当于同时引发了5个FIN发往服务器，这会导致5个服务器子进程基本在同一时刻终止，从而导致5个SIGCHLD信号几乎同时递送给服务器父进程，示意图如下所示：

也就是说，几乎在同一时刻，递送5个SIGCHLD信号给父进程，这又会僵尸进程进程的出现。因为unix一般不对信号进行排队，这就导致了5个SIGCHLD递交上去，只执行了一次sig_chld函数，剩下四个子进程便成为了僵尸进程。对于这种情况，正确的做法是调用waitpid()，而不是wait()。

因此，我们最后的服务器端代码中的信号处理函数做一点小改动，改成如下：

void
sig_chld(int signo)
{
    pid_t    pid;
    int        stat;
    while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
        printf("child %d terminated
", pid);
    return;
}

至此，我们解决了网络编程中可能遇到的三类情况：

1.当派生子进程时，必须捕获SIGCHLD信号。代码片段：signal(SIGCHLD,sig_chld);

2.当捕获信号时，必须处理被中断的系统调用。代码片段：if(errno==EINTR) continue;

3.SIGCHLD信号处理函数必须编写正确，以防出现僵尸进程。代码片段：while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)

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