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Linux系统——进程结束时退出的分析与总结（关于wait与waitpid函数）

news 来源：原创 2025/5/16 12:58:06

下面是一个面向新手、由浅入深的Linux 进程退出机制详解，我们将用最通俗的语言来讲清楚：一个进程到底是怎么“结束”的？结束后又发生了什么？我们程序员要注意什么？

一、什么是进程退出？

进程退出（也叫进程终止）是指一个运行中的程序结束了它的生命周期——不管是正常执行完了，还是出错提前结束，或者被别的程序（比如你按了 Ctrl+C）强制结束。

简单理解：
就像一个人下班离开公司，要不要打卡？有没有留下笔记？是不是留下了饭盒？这些细节就对应着进程退出时的行为。

二、进程退出的方法有哪些？

我们可以从三种层次来看“进程是怎么退出的”：

1. 主动退出（自己走人）

1.1 return 退出（从 main() 函数返回）

这是最常见、最自然的退出方式：

int main() {printf("程序执行完毕！\n");return 0;
}

  • 退出码：返回的 0 会作为进程的退出状态。

  • 特点：适合程序自然结束时使用。

1.2 调用 exit() 函数退出

#include <stdlib.h>int main() {printf("出错了，退出程序！\n");exit(1);  // 退出码为 1，通常表示出错
}

  • exit(int status)：告诉操作系统我结束了，并交个“退出码”。

  • 它会自动做一些清理工作，如关闭文件、刷新缓冲区。

1.3 return 和 exit() 的区别？

特点returnexit()
执行位置只在 main() 中用程序的任意位置都能用
退出码作为 main 的返回值参数直接作为退出码
清理行为等价于 exit()会执行清理函数，如 atexit() 注册的函数

2. 立即终止（突然走人）

2.1 _exit() 或 _Exit()：直接终止，啥也不管

#include <unistd.h>int main() {_exit(2);  // 立即终止，不做清理
}

  • 不刷新缓冲区、不释放内存、不执行 atexit() 注册的函数。

  • 用于特殊场景，如 vfork() 中子进程不能影响父进程的资源。

2.2 被信号杀死（比如你按了 Ctrl+C）

$ ./my_program
^C   ← 用户按 Ctrl+C，系统发送 SIGINT 信号

  • 这是被外部打断的方式，操作系统或其他程序（甚至用户）可以向进程发送信号，让它中止。

  • 常见信号：

    • SIGINT（Ctrl+C）

    • SIGTERM（系统默认终止）

    • SIGKILL（强制终止，无法捕获）

3. 出错导致的异常退出

比如：

int *p = NULL;
*p = 10;  // 段错误（Segmentation fault）

  • 程序会被系统强制结束，通常返回值为 139（= 128 + SIGSEGV 信号值）。

  • 这类错误退出通常表示程序有 bug，需要调试工具（如 gdb）分析。

三、进程退出之后，系统会做什么？

  1. 释放资源：包括内存、打开的文件、网络连接等。

  2. 记录退出状态：进程退出时会带一个“退出码”（status），父进程可以通过 wait() 或 waitpid() 获取它。

  3. 变成僵尸进程：如果父进程没来“领尸”（调用 wait()），子进程的状态信息会暂时留在系统中，成为僵尸进程。

什么是僵尸进程？

当子进程退出了，但父进程没来处理它的退出状态，它就会“挂”在系统里，状态为 Z（Zombie）。

  • 不会占用内存，但会占用进程号（PID）；

  • 如果大量僵尸进程存在，系统可能无法创建新进程。

解决方法：

父进程必须调用 wait() 或 waitpid() 来“回收”子进程。

四、进程退出的总结图（简单版）

+--------------------+
| 进程开始运行       |
+--------------------+|v
+--------------------+
| return / exit()    |←—— 正常退出
+--------------------+|v
+--------------------+
| 系统清理资源       |
| 回收文件/内存等    |
+--------------------+|v
+--------------------+
| 父进程通过 wait()  |
| 获取退出状态       |
+--------------------+

五、退出码

1、什么是退出码（Exit Code）？

当一个进程结束时，它会向操作系统“上交”一个退出状态值（退出码），告诉系统自己是“正常完成了”，还是“出错了”，以及出错的原因。

退出码的范围：

  • 是一个 0~255 的整数值（8 位），只能传一个字节。

  • 通常约定：

    • 0：表示正常退出（Success）

    • 非 0：表示有错误（Error）

如何设置退出码？

你可以通过 return 或 exit() 设置退出码：

int main() {return 0;    // 正常退出// 或者// exit(1);  // 表示有错误退出
}

如何查看退出码？

在 Linux 终端中运行程序后，可以用 echo $? 查看刚才程序的退出码：

$ ./my_program
$ echo $?
0

六、什么是 wait() 函数？

当一个进程（父进程）通过 fork() 创建了子进程后，它通常要等待子进程结束，并获取子进程的退出码。这个功能就是 wait() 函数完成的。

函数原型：

#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

参数：

  • status：这是一个“输出参数”，用于接收子进程的退出状态。

返回值：

  • 成功：返回已结束的子进程的 PID。

  • 失败：返回 -1，可以用 perror() 查看错误原因。

示例：父进程使用 wait() 获取退出码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork failed");return 1;}if (pid == 0) {// 子进程printf("Child process running, PID=%d\n", getpid());exit(42);  // 子进程返回退出码 42} else {// 父进程int status;wait(&status);  // 等待子进程结束if (WIFEXITED(status)) {// WIFEXITED：判断子进程是否正常退出int code = WEXITSTATUS(status);  // 提取退出码printf("Child exited normally with code %d\n", code);} else {printf("Child exited abnormally\n");}}return 0;
}

输出示例：

Child process running, PID=1234
Child exited normally with code 42

辅助宏函数（解释 wait() 结果用的）

Linux 提供了一些宏，用来解释 wait() 返回的状态值：

宏名作用说明
WIFEXITED(status)子进程是否正常通过 exit() 或 return 退出
WEXITSTATUS(status)提取子进程退出码（如果是正常退出）
WIFSIGNALED(status)子进程是否因信号中止（如 SIGSEGV、SIGINT）
WTERMSIG(status)如果是信号中止的，提取信号编号
WIFSTOPPED(status)子进程是否暂停（如使用调试器）

拓展：waitpid() 函数

waitpid() 是 Linux 系统编程中用于等待子进程退出的系统调用，功能比 wait() 更灵活、更强大。与 wait() 只能“等任意一个子进程”不同，waitpid() 可以等待特定的子进程，还可以设置等待行为（阻塞或非阻塞）。

原型：

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

1. pid 参数 —— 选择你要等的“谁”

  • > 0：等待指定 PID 的子进程退出。

  • = 0：等待和当前进程在 同一进程组 中的任意子进程。

  • < -1：等待属于 进程组 ID = |pid| 的任何子进程。

  • = -1：默认行为，等任意一个子进程（与 wait() 等价）。

2. status 参数 —— 子进程留下的“遗言”

这是一个整型指针，用来返回子进程的退出信息。我们可以通过宏函数来解析它。

3. options 参数 —— 控制等待行为

常用选项：

选项含义
0默认阻塞，直到子进程退出
WNOHANG非阻塞，如果没有子进程退出就立刻返回
WUNTRACED当子进程因信号停止时也返回
WCONTINUED子进程被 SIGCONT 恢复时也返回（用于作业控制）

示例：

waitpid(child_pid, &status, 0);  // 等待指定 PID 的子进程
返回值意义
> 0返回已退出子进程的 PID
0options = WNOHANG 且没有退出的子进程时返回
-1出错（如没有子进程、参数无效），可用 perror() 查看原因

wait() 与 waitpid() 的区别

特点wait()waitpid()
等待对象任意一个子进程指定某个子进程或任意、进程组等
灵活度低高
支持非阻塞否支持（通过 WNOHANG）
推荐场景简单的单子进程处理多子进程、并发、异步或精细控制场景

总结一句话

  • 退出码是子进程留给父进程的一句“临别遗言”；

  • wait() / waitpid() 是父进程“回收子进程尸体”和“查看遗言”的工具；

  • 不调用 wait() 会产生僵尸进程，所以系统编程中必须管理好子进程的退出。

常见误区提示

误区正确做法
只用 exit() 而不让父进程调用 wait()会产生僵尸进程，应使用 wait()
status 直接当作退出码使用应该用 WEXITSTATUS(status) 提取
忽略 WIFEXITED 检查有可能子进程是被信号终止的，应判断

七、开发者常犯的错误和建议

错误行为建议
忘记处理子进程（导致僵尸）父进程要记得调用 wait() 或使用信号处理回收
子进程用 exit() 而不是 _exit()（尤其在 vfork 中）用 _exit() 避免影响父进程
退出前不清理资源使用 atexit() 注册清理函数，或手动关闭文件

八、总结一句话

进程退出是一个有秩序、有信息、有影响的过程。程序员不仅要学会退出，更要学会“优雅地退出”。

记住这些：

  • 正常退出用 return 或 exit()；

  • 特殊退出用 _exit()；

  • 子进程退出要 wait()；

  • 退出码有含义要好好利用；

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