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!\n"); 12 } 13 else if(fpid == 0){ 14 printf("this is a child process! the pid is %d\n",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\n",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\n",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\n"); 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\n",rpid); 27 else 28 printf("error!\n"); 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
