Linux学习笔记（九）--Linux进程终止与进程等待
初识fork函数：在linux中fork函数时非常重要的函数，它从已存在进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。
基本概念：在父进程中返回子进程的 PID（进程ID），在子进程中返回 0，如果出错则返回 -1。
进程调用fork，当控制转移到内核中的fork代码后，内核做：分配新的内存块和内核数据结构给子进程，将父进程部分数据结构内容拷贝至子进程，添加子进程到系统进程列表当中 fork返回，开始调度器调度。
当一个进程调用fork之后，就有两个二进制代码相同的进程。而且它们都运行到相同的地方。但每个进程都将可以 开始它们自己的旅程，看如下程序。
int main( void ){pid_t pid;printf("Before: pid is %d\n", getpid());if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork()"),exit(1);printf("After:pid is %d, fork return %d\n", getpid(), pid);sleep(1);return 0;}
运行结果：
[root@localhost linux]# ./a.outBefore: pid is 43676After:pid is 43676, fork return 43677After:pid is 43677, fork return 0这里看到了三行输出，一行before，两行after。进程43676先打印before消息，然后它有打印after。另一个after 消息有43677打印的。而进程43677没有打印before，原理如下图所示：
所以，fork之前父进程独立执行，fork之后，父子两个执行流分别执行。注意，fork之后，谁先执行完全由调度器 决定。
进程终止：
进程终止有三种场景，分别是：（1）代码运行完毕，结果正确 （2）代码运行完毕，结果不正确 （3）代码异常终止
进程常见退出方法：
1.正常终止（可以通过echo $? 查看进程退出码）：（1）从main返回 （2）调用exit （3_exit
int main() {return 0; // 进程正常终止
}
#include <stdlib.h>
exit(0); // 正常终止，状态码0
#include <unistd.h>
_exit(0); // 立即终止，不执行清理异常终止：ctrl + c，信号终止
exit函数和_exit函数的区别
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main() {printf("这行内容在缓冲区中"); // 注意没有换行符// exit(0); // 会输出上面没有换行的内容_exit(0); // 不会输出上面没有换行的内容return 0;
}特性 | exit() | _exit() |
|---|---|---|
头文件 | <stdlib.h> | <unistd.h> |
是否刷新缓冲区 | 是 | 否 |
调用退出处理函数 | 是（atexit注册的） | 否 |
关闭标准IO流 | 是 | 否 |
进程等待：父进程等待子进程终止并获取其退出状态的机制（防止子进程变成僵尸进程从而导致内存泄漏）
进程等待的方法：
wait：
#include <sys/wait.h>pid_t wait(int *status);功能：等待任意一个子进程终止
参数：status：用于存储子进程退出状态（可以为NULL）
返回值：成功：返回终止的子进程PID / 失败：返回-1（如没有子进程）
waitpid：
#include <sys/wait.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);功能：等待特定子进程终止，提供更多控制选项
参数：
pid：
（1）>0：等待特定PID的子进程
（2）-1：等待任意子进程（类似wait）
（3）0：等待与调用进程同组ID的任何子进程
（4）<-1：等待进程组ID等于pid绝对值的任何子进程
status：
WIFEXITED(status): 若为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） WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子进程退出码。（查看进程的退出码）
options：
（1）WNOHANG：非阻塞，即使没有子进程退出也立即返回
（2）WUNTRACED：报告已停止的子进程
（3）WCONTINUED：报告已继续的子进程
返回值：成功：返回子进程PID，非阻塞且无子进程退出：返回0，失败：返回-1。
如果子进程已经退出，调用wait/waitpid时，wait/waitpid会立即返回，并且释放资源，获得子进程退出信息。如果在任意时刻调用wait/waitpid，子进程存在且正常运行，则进程可能阻塞。如果不存在该子进程，则立即出错返回。
wait的基本使用示例：
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == 0) {printf("子进程运行，PID=%d\n", getpid());sleep(2);exit(123);} else {int status;printf("父进程等待子进程...\n");pid_t child_pid = wait(&status);if (WIFEXITED(status)) {printf("子进程%d正常退出，状态码=%d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}}return 0;
}原理图：
获取子进程status：在Unix/Linux系统中，父进程可以通过wait()或waitpid()系统调用获取子进程的终止状态。这个状态信息存储在status变量中，需要使用特定的宏来解析。
WIFEXITED(status) // 子进程正常退出？
WEXITSTATUS(status) // 获取子进程退出码（当WIFEXITED为真）
WIFSIGNALED(status) // 子进程被信号终止？
WTERMSIG(status) // 获取终止信号（当WIFSIGNALED为真）
WIFSTOPPED(status) // 子进程是否停止？
WSTOPSIG(status) // 获取停止信号（当WIFSTOPPED为真）
WIFCONTINUED(status) // 子进程是否已继续执行？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。否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。status不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待（只研究status低16比特位）：
进程退出状态（低 8 位）：如果进程正常退出（WIFEXITED(status)为真），则低 8 位（status & 0xFF）是进程的退出状态（exit()或 _exit()的参数）。
如果进程被信号终止（WIFSIGNALED(status)为真），则低 8 位包含终止信号编号（WTERMSIG(status)）。
进程终止原因（高 8 位）：第 8 位（status & 0x80）可能指示是否生成了核心转储（WCOREDUMP(status)）。其他位可能用于特殊标志（如 WIFSTOPPED(status)表示进程被暂停）。
测试代码：
#include <sys/wait.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>
int main( void )
{pid_t pid;if ( (pid=fork()) == -1 )perror("fork"),exit(1);if ( pid == 0 ){sleep(20);exit(10);} else {int st;int ret = wait(&st);if ( ret > 0 && ( st & 0X7F ) == 0 ){ // 正常退出printf("child exit code:%d\n", (st>>8)&0XFF);} else if( ret > 0 ) { // 异常退出printf("sig code : %d\n", st&0X7F );}}}
测试结果：
（1）# ./a.out #等20秒退出
child exit code:10
（2）# ./a.out #在其他终端kill掉
sig code : 9
进程等待方式：在Unix/Linux多进程编程中，父进程等待子进程终止有两种主要方式：阻塞等待和循环（非阻塞）等待。
（1）阻塞等待：阻塞等待是指父进程调用wait()或waitpid()时会暂停执行，直到有子进程状态改变。
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == 0) {printf("子进程(PID=%d)开始运行\n", getpid());sleep(3);printf("子进程结束\n");exit(10);} else {printf("父进程(PID=%d)开始阻塞等待子进程\n", getpid());int status;pid_t child_pid = wait(&status); // 阻塞等待if (WIFEXITED(status)) {printf("子进程(PID=%d)正常退出，状态码=%d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}}return 0;
}特点：父进程会暂停执行，直到子进程终止
循环等待（非阻塞等待）：循环等待是指父进程定期检查子进程状态，而不是一直阻塞等待。
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == 0) {printf("子进程(PID=%d)开始运行\n", getpid());sleep(5);printf("子进程结束\n");exit(20);} else {printf("父进程(PID=%d)开始循环等待子进程\n", getpid()); int status;pid_t child_pid;int wait_count = 0;while (1) {child_pid = waitpid(pid, &status, WNOHANG); // 非阻塞检查if (child_pid == -1) {perror("waitpid失败");exit(1);} else if (child_pid == pid) {if (WIFEXITED(status)) {printf("子进程(PID=%d)正常退出，状态码=%d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}break;} else if (child_pid == 0) {wait_count++;printf("等待中(%d秒)... 父进程可以做其他工作\n", wait_count);sleep(1); // 等待1秒后再次检查}}}return 0;
}特点：父进程可以继续执行其他任务，需要主动定期检查子进程状态，适用于需要父进程同时处理其他任务的场景。
option：在进程等待（如使用 waitpid()系统调用）时，options参数用于控制等待的行为。默认情况下，options设置为 0，表示阻塞等待（即父进程会挂起，直到目标子进程状态改变）。
option = 0的默认行为：
父进程会一直阻塞（挂起），直到以下情况发生：（1）目标子进程终止（正常退出或被信号杀死）。（2）目标子进程被信号暂停（如 SIGSTOP）。（3）如果没有子进程状态改变，父进程会一直等待。
返回条件：（1）waitpid()会返回任意一个终止或暂停的子进程的 PID。（2）如果没有子进程匹配指定的 pid参数，则返回 -1（错误码 ECHILD）。
其他option模式：
选项标志 | 说明 |
|---|---|
| 非阻塞模式：如果没有子进程状态改变，立即返回 |
| 报告被暂停的子进程状态（如 |
| 报告被恢复的子进程状态（如 |