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《Linux篇》进程等待（wait、waitpid）与进程程序替换（exec等接口）

news 2025/11/1 19:45:58

文章目录

- 1.进程等待的必要性
- 2.进程等待的方法
- - 2.1 wait方法
  - 2.2 waitpid方法
- 3.进程程序替换
- - 3.1 进程程序替换的原理
  - 3.2 进程程序替换示例
  - 3.3 其他接口

1.进程等待的必要性

为什么要有进程等待，也就是进程等待的必要性：

之前讲过，⼦进程退出，⽗进程如果不管不顾，就可能造成 ‘僵⼫进程’ 的问题，进⽽造成内存泄漏。
另外，进程⼀旦变成僵⼫状态，那就⼑枪不⼊，“杀⼈不眨眼”的kill -9 也⽆能为⼒，因为谁也没有办法杀死⼀个已经死去的进程。
最后，⽗进程派给⼦进程的任务完成的如何，我们需要知道。如，⼦进程运⾏完成，结果对还是不对，或者是否正常退出。
⽗进程通过进程等待的⽅式，回收⼦进程资源（必要的），获取⼦进程退出信息（可选的）。

进程等待就是让父进程通过等待的方式，回收子进程的PCB，如果需要，可以获取子进程的退出信息！！！

2.进程等待的方法

2.1 wait方法

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>pid_t wait(int* status);
返回值：
成功返回被等待进程pid，失败返回-1。
参数：
输出型参数，获取⼦进程退出状态,不关⼼则可以设置成为NULL

对于status这个参数不重要，之后我们主要使用waitpid方法。
在这里插入图片描述
示例：

2.2 waitpid方法

pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
返回值：当正常返回的时候waitpid返回收集到的⼦进程的进程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errno会被设置成相应的值以指⽰错误所在；
参数：pid：Pid=-1,等待任⼀个⼦进程。与wait等效。Pid>0.等待其进程ID与pid相等的⼦进程。status: 输出型参数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:默认为0，表⽰阻塞等待WNOHANG: 若pid指定的⼦进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该⼦进程的ID。

对于status参数说明：

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，具体细节如下图（只研究status低16⽐特位）

waitpid的第二个参数status与wait的参数一样，它是一个输出型参数，它是一个int类型，高16位不考虑，有价值的是低16位。这里的status不仅仅是退出码，如果是正常退出的，他的低16位的高8位是退出码，低8位全为0。一般而言，子进程的退出码取值范围是[0,255]。如果进程是异常退出的，被信号杀掉，进程的退出码没有意义，低16位中的低7位表示的是终止信号，即被几号信号所杀，还有一个core dump标志在后面的信号部分会讲解到。
在这里插入图片描述
如果进程出现了异常呢？kil -l 可以看到所有的信号信息

上图的退出码和退出信号写反了。

补充：对于上面所说的WIFEXITED(status)就是提取exit_signal的值，也就是查看进程是否正常推出的。如果非0表示的就是正常结束，如果不是0，则进程异常。WEXITSTATUS(status)是用来查看进程的退出码的，若WIFEXITED⾮零，提取⼦进程退出码。
在这里插入图片描述
阻塞等待与非阻塞等待

对于上面的WNOHANG参数表示非阻塞等待（非阻塞轮询方案）。
在这里插入图片描述

非阻塞等待：不会因为子进程条件没有就绪而阻塞，而是立即返回。本质是检测子进程状态，子进程没有结束，会立即返回，并且会轮询等待。非阻塞轮询等待不会卡住父进程，父进程可以在等待的时间间隙自己就可以做其他事情了，所以说非阻塞等待更高效一点。
阻塞等待：父进程会一直等，不会做别的事情。

如下，当父进程在等待子进程时就可以做一些其他事情了：

3.进程程序替换

fork可以让父子执行不同的代码段，让子进程执行父进程代码的一部分。如果我们想让子进程执行一个全新的代码该怎么办呢？fork之后，代码共享，数据“共享”（写时拷贝）。一个进程要想执行一个不同的程序，调用exec函数。子进程有自己的代码和数据，是一个真正独立的进程！！！

3.1 进程程序替换的原理

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3.2 进程程序替换示例

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一共有六个程序替换的接口，我们先看简单易一点的execl

对于可变参数来说，必须以NULL结尾：

示例：

本质其实就是把所有的变量入栈，再取出的过程！！！

execl函数示例：
在这里插入图片描述

我们可以看到execl结束后没有打印：进程退出！！！因为我们替换了，我们的进程已经执行另一个程序的代码了。如果执行成功，不会有返回值，后续代码，不再执行！如果执行失败，返回值为-1，会执行后续代码！！！对于execXiamen的函数，只要返回，必定失败！

这样我们就可以替换子进程的代码和数据，子进程会执行一个全新的程序，不会影响父进程，因为进程必须具有独立性！！！（父子代码共享，数据写时拷贝）如果代码被替换，也要进行写时拷贝

父子版本的程序替换：
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3.3 其他接口

在这里插入图片描述

示例：

#include <unistd.h>
int main()
{char *const argv[] = {"ps", "-ef", NULL};char *const envp[] = {"PATH=/bin:/usr/bin", "TERM=console", NULL};execl("/bin/ps", "ps", "-ef", NULL);// 带p的，可以使⽤环境变量PATH，⽆需写全路径execlp("ps", "ps", "-ef", NULL);// 带e的，需要⾃⼰组装环境变量execle("ps", "ps", "-ef", NULL, envp);execv("/bin/ps", argv);// 带p的，可以使⽤环境变量PATH，⽆需写全路径execvp("ps", argv);// 带e的，需要⾃⼰组装环境变量execve("/bin/ps", argv, envp);exit(0);
}