【Linux】深入 Linux 进程等待机制：阻塞与非阻塞的奥秘
Yui_ 2024-10-26 17:07:02 阅读 92
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1. 为什么需要进行进程等待2. 进程等待的方法2.1 wait方法2.2 waitpid方法2.3 获取子进程status2.4 进程的堵塞等待方式2.5 进程的非堵塞等待方法
3.解释堵塞与非堵塞
1. 为什么需要进行进程等待
进程等待是多进程编程中至关重要的一部分，主要原因是为了让父进程正确管理子进程生命周期并避免各种问题。
进行资源回收，当子进程结束后，操作系统不会立即释放与该进程相关的所有资源，需要父进程来获取子进程的终止状态，并释放这些资源。避免僵尸进程，虽然子进程已经结束运行，但是它在进程中仍然回保留占位条目，需要父进程回收。获取子进程的退出状态，用来判断子进程是否成功执行完成任务
2. 进程等待的方法
2.1 wait方法
头文件
<code>#include <sys/types.h>
#include <sys/swit.h>
语法格式
pid_t wait(int*status);
放回值：
成功返回被等待进程的pid，失败返回-1
参数:
输出型参数，获取子进程的退出状态，不甘心则可以设置为NULL
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id < 0)
{
perror("fork error");
exit(-1);
//错误情况
}
if (id == 0)
{
//child process
int cnt = 5;
while (cnt--)
{
printf("i am a child process pid:%d\n", getpid());;
sleep(1);
}
exit(0);//process exit
}
sleep(10);//wait child process
printf("i am a father pid:%d\n", getpid());
pid_t ret = wait(NULL);
if (ret > 0) printf("father wait:%d,success\n", ret);
else ("father wait failed\n");
sleep(10);
return 0;
}
查看进程状态：
ubuntu@VM-20-9-ubuntu:~/processWait$ while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep process| grep -v grep; sleep 1; echo "#######################################"; donecode>
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 Z+ 1000 0:00 [process] <defunct>
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 Z+ 1000 0:00 [process] <defunct>
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 Z+ 1000 0:00 [process] <defunct>
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 Z+ 1000 0:00 [process] <defunct>
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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668279 668280 668279 651091 pts/0 668279 Z+ 1000 0:00 [process] <defunct>
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
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PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
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#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
651091 668279 668279 651091 pts/0 668279 S+ 1000 0:00 ./process
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
#######################################
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
查看上面的情况，我们可以发现，在中间有段时间子进程进入了僵尸状态，后来就被父进程给回收了。
2.2 waitpid方法
头文件：
#include <sys/types.h>
#include <sys/swit.h>
语法格式：
pid_t waitpid(pid_t pid,int* status,int options);
返回值：
当正常放回的时候waitpid返回搜集到的子进程进程ID
如果设置了选项WNOHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0。
如果调用中出错，则返回-1，这时error会被设置成相对应的值以指示错误所在。
参数：
pid:
pid=-1,等待任意一个子进程，与wait等效。
pid>0，等待其进程ID与pid相等的子进程。
status:
WIFEXITED(status):如果正常终止子进程返回的状态，则为真。（查看进程是否是正常退出）
WEXISTATUS(status):如果WIFEXIED非0，提取子进程退出码。（查看进程退出码）
options:
WNOHANG:如果pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待，如果正常结束，则返回该子进程的ID。
如果子进程已经退出，调用wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获取子进程退出信息。如果任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则可能阻塞。如果不存在该进程，则立即出错放回。
2.3 获取子进程status
wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。如果不传递NULL，操作系统会会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。status不能简单的当作整型来看，应该当作位图来看待。
测试代码：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id<0)
{
perror("fork fail");
exit(1);
}
if(id == 0)
{
//child
printf("i am a child pid:%d\n",getpid());
sleep(20);
exit(10);
}
else
{
//father
int status;
int ret = wait(&status);
if(ret>0&&(status&0x7F)==0)
{
//normal exit
printf("child exit code:%d\n",(status>>8)&0xFF);
}
else if(ret>0)
{
printf("sig code:%d\n",status&0x7F);
}
}
return 0;
}
正常退出会打印：child exit code:10
运行过程中被kill掉：sig code:9
2.4 进程的堵塞等待方式
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork fail");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//child
printf("i am a child,pid is:%d\n",getpid());
sleep(5);
exit(257);
}
else
{
//father
int status = 0;
pid_t ret = waitpid(-1,&status,0);//阻塞等待
printf("This is test for wait\n");
if(WIFEXITED(status)&&ret == id)
{
printf("wait child 5s success,child return code is:%d\n",WEXITSTATUS(status));
}
else
{
printf("wait child failed,return\n");
return 1;
}
}
return 0;
}
执行过程：
因为阻塞等待的缘故，在子进程结束前父进程都不会执行下一条语句。会一直卡在pid_t ret = waitpid(-1,&status,0);者句语句。
执行结果：
i am a child,pid is:701810
This is test for wait
wait child 5s success,child return code is:1
提问：为什么会放回1呢
回答：
在上面的图中，我们得知了但程序正常退出后，其退出状态存储在低8位中，而257的二进制位为0001 0000 0001，会被截断为1
2.5 进程的非堵塞等待方法
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0)
{
perror("fork fail");
exit(1);
}
else if(id == 0)
{
//child
printf("i am a child,pid is:%d\n",getpid());
sleep(5);
exit(1);
}
else
{
//father
int status = 0;
pid_t ret = 0;
do
{
ret = waitpid(-1,&status,WNOHANG);//非阻塞等待
if(ret == 0){
printf("child is running\n");
}
sleep(1);
}while(ret == 0);
if(WIFEXITED(status)&&ret == id)
{
printf("wait child 5s success,child return code is:%d\n",WEXITSTATUS(status));
}
else
{
printf("wait child failed,return\n");
return 1;
}
}
return 0;
}
执行结果：
child is running
i am a child,pid is:711095
child is running
child is running
child is running
child is running
wait child 5s success,child return code is:1
从这两段代码大家肯定可以分的清楚堵塞和非堵塞的区别了吧。就是还不理解，下面我在来一个例子相信大家一定就没有问题了。
3.解释堵塞与非堵塞
阻塞场景：打电话等朋友接听
你拨打朋友的电话，直到朋友接通之前你什么都做不了。这就像阻塞调用，你必须等着事情完成。 非阻塞场景：发消息等待回复
你给朋友发了个消息，等他们回你。你不用一直盯着手机看，而是可以去做别的事情，等收到消息后再查看。这就像非阻塞调用，你不需要等着完成才能做其他事情。
就是如此，感谢观看本篇文文章，提前感谢大家的点赞与收藏~
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