Linux内核学习笔记（4）-- wait、waitpid、wait3 和 wait4

　　进程调用 exit() 退出执行后，被设置为僵死状态，这时父进程可以通过 wait4() 系统调用查询子进程是否终结，之后再进行最后的操作，彻底删除进程所占用的内存资源。 wait4() 系统调用由 linux 内核实现，linux 系统通常提供了 wait()、waitpid()、wait3()、wait4() 这四个函数，四个函数的参数不同，语义也有细微的差别，但是都返回关于终止进程的状态信息。

1、wait() 函数：

　　wait() 函数的原型是：

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

pid_t wait(int *status);

　　当进程调用 wait() 时，会暂停目前进程的执行（即阻塞），由 wait() 来自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果找到了这样一个已经变成僵尸进程的子进程，wait 就会收集这个子进程的信息，并将其彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait 就会一直阻塞在这里，直到出现僵尸进程。

　　参数 status 保存着子进程退出时的一些状态（包括 task_struct、thread_info及内核栈等）它是一个指向 int 类型的指针；如果不在意子进程的结束状态值，只想把这个僵尸进程消灭掉（实际上，大多数时候都是这样做的），则可以将这个参数设为 NULL，即：

pid = wait(NULL);        // 不管子进程的结束状态，直接杀死进程

　　如果 wait() 调用成功，则会返回被收集子进程的进程ID；如果被调用进程没有子进程，则调用失败，返回 -1

　　接下来用一段代码来演示一下 wait() 的用法：

  1 #include <unistd.h>
  2 #include <stdio.h>
  3 #include <stdlib.h>                                                                    
  4 #include <sys/types.h>
  5 #include <sys/wait.h>
  6 
  7 void main(){
  8     pid_t fpid,rpid;
  9     fpid = fork();
 10     if(fpid < 0){        
 11         perror("error on forking!
");
 12     }
 13     else if(fpid == 0){
 14         printf("this is a child process! the pid is %d
",getpid());
 15         sleep(3);
 16     }
 17     else{
 18         rpid = wait(NULL);　　　　　　　　　　// 如果 wait()调用成功，则返回子进程的PID；如果调用失败，则返回 -1
 19         printf("Catch the child process with pid of %d
",rpid);
 20     }
 21     exit(0);
 22 }    

输出结果如下：

 　　关于 status 参数，比较复杂，暂时不做讨论，可以参考这里：https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part3/index.html

2、waitpid() 函数：

　　函数原型：

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

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

 　　waitpid() 函数的功能与 wait() 的功能类似，不过，它比 wait() 函数多了两个参数：

1）参数 pid 为欲等待的子进程的识别码：

　　pid < -1 ；等待进程组 ID 为 pid 绝对值的进程组中的任何子进程；

　　pid = -1 ；等待任何子进程，此时 waitpid() 相当于 wait()。实际上，wait()就是 pid = -1、options = 0 的waitpid()， 且有：

static inline pid_t wait(*status){
    return waitpid(-1,*status,0);  
}

　　pid = 0 ；等待进程组 ID 与当前进程相同的任何子进程（也就是等待同一个进程组中的任何子进程）；

　　pid > 0 ；等待任何子进程 ID 为 pid 的子进程，只要指定的子进程还没有结束，waitpid() 就会一直等下去。

2）参数 options 提供一些额外的选项来控制 waitpid()：

　　WNOHANG；如果没有任何已经结束了的子进程，则马上返回，不等待；

　　WUNTRACED；如果子进程进入暂停执行的情况，则马上返回，但结束状态不予理会；

　　也可以将这两个选项组合起来使用，使用 OR 操作。如果不想使用这两个选项，也可以直接把 options 设为0 ，如下：

waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);　　　　　// 没有任何已结束了的子进程或子进程进入暂停执行的状态，则马上返回不等待
waitpid(-1,NULL,0);　　　　　　　　　　　　　　　　// options 设为0，则 waitpid() 会一直等待，直到有进程退出

3）waitpid() 的返回值，有三种：

a）正常返回时，waitpid() 返回收集到的子进程的PID；

b）如果设置了 WNOHANG，而调用 waitpid() 时，没有发现已退出的子进程可收集，则返回0；

c）如果调用出错，则返回 -1，这时erron 会被设置为相应的值以指示错误所在。（当 pid 所指示的子进程不错在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程， waitpid() 就会返回出错，这时 erron 被设置为 ECHILD）

  1 #include <sys/types.h> 
  2 #include <sys/wait.h>
  3 #include <unistd.h>
  4 #include <stdio.h>
  5 #include <stdlib.h>
  6
  7 void main(){
  8     pid_t fpid,rpid;                          // fpid为fork()的返回值，rpid为waitpid()的返回值
  9     fpid = fork();
 10     if(fpid < 0){
 11         printf("error on forking");
 12     }
 13     else if(fpid == 0){                       // 子进程中 fork() 返回值为0
 14         printf("this is a child process,pid is %d
",getpid());
 15         sleep(10);                            // 睡眠10s，10s 后子进程退出
 16         exit(0);
 17     }
 18     do{                     　　　　　　　　     // 父进程中，fork()返回新创建子进程的 PID
 19         rpid = waitpid(fpid,NULL,WNOHANG);    // 等待 PID = fpid 的进程（即子进程）退出，设置了WNOHANG选项，表明当没有发现已退出的子进程时不用等待直接返回，返回值为0；
 20         if(rpid == 0){                        // rpid = 0，说明没有发现已退出的子进程
 21             printf("No child exited
");
 22             sleep(1);
 23         }
 24     }while(rpid == 0);
 25     if(fpid == rpid)                         // 成功收集了退出的子进程，返回值为被收集子进程的PID
 26         printf("successfully get child process %d
",rpid);
 27     else
 28         printf("error!
");
 29 }     

结果如下：

　　从结果中可以看到，在子进程休眠的10s时间里，waitpid() 并没有一直等待，而是直接返回0，然后做自己的事情（睡眠1s），如此重复了10次；当子进程退出时，waitpid() 收集到退出的子进程，并返回所收集子进程的PID。

 3、wait3()、wait4() 函数：

　　函数原型：

#include <sys/tpyes.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait3(int *status,int options,struct rusage *rusage);
pid_t wait4(pid_t pid,int *status,int options,struct rusage *rusage);

 　　wait3() 和 wait4() 函数除了可以获得子进程状态信息外，还可以获得子进程的资源使用信息，这些信息是通过参数 rusage 得到的。而 wait3() 与 wait4() 之间的区别是，wait3() 等待所有进程，而 wait4() 可以根据 pid 的值选择要等待的子进程，参数 pid 的意义与 waitpid() 函数的一样。

 本文主要参考：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/kernel/syscall/part3/index.html