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。
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
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。
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)
next....