Linux 使用 `wait` 函数回收子进程

引言

在 Linux 系统中，进程管理是一个核心概念。当父进程创建子进程后，子进程可能会在父进程之前终止。如果父进程没有及时回收子进程的资源，子进程会变成僵尸进程（Zombie Process），占用系统资源。为了避免这种情况，Linux 提供了 wait 和 waitpid 函数，用于回收子进程并获取其退出状态信息。

本文将详细讲解 wait 函数的使用方法、工作原理以及如何通过代码实现子进程的回收，避免僵尸进程的产生。

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wait 函数的作用

wait 函数的作用是阻塞父进程，直到一个子进程终止。当子进程终止时，wait 函数会返回子进程的退出状态，并回收子进程的资源。具体功能包括：

1. 阻塞父进程：父进程在调用 wait 后会进入阻塞状态，直到子进程终止。
2. 获取子进程退出状态：通过 wait 函数可以获取子进程的退出状态信息。
3. 回收子进程资源：wait 函数会清理子进程的进程控制块（PCB），释放子进程占用的资源【1†source】。

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创建僵尸进程的示例

在深入讲解 wait 函数之前，我们先通过一个示例代码展示僵尸进程的产生。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");exit(EXIT_FAILURE);}if (pid == 0) {// 子进程printf("Child process (PID: %d) is exiting.\n", getpid());exit(EXIT_SUCCESS);} else {// 父进程printf("Parent process (PID: %d) is running. Child PID: %d\n", getpid(), pid);sleep(10); // 父进程继续运行，但不调用 wait()printf("Parent process exiting.\n");exit(EXIT_SUCCESS);}return 0;
}

代码解释

1. fork() ：创建子进程。pid 为 0 表示子进程，正值表示父进程的 PID。
2. 子进程终止：子进程调用 exit(EXIT_SUCCESS) 终止。
3. 父进程未回收：父进程未调用 wait，导致子进程成为僵尸进程。

运行上述代码后，可以使用以下命令查看僵尸进程：

ps -o pid,ppid,stat,cmd

僵尸进程的 STAT 列将显示为 Z【5†source】。

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使用 wait 函数回收子进程

为了避免僵尸进程的产生，父进程需要调用 wait 或 waitpid 函数来回收子进程。以下是使用 wait 函数的示例代码。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");exit(EXIT_FAILURE);}if (pid == 0) {// 子进程printf("Child process (PID: %d) is exiting.\n", getpid());exit(EXIT_SUCCESS);} else {// 父进程printf("Parent process (PID: %d) is waiting for child %d.\n", getpid(), pid);// 调用 wait 回收子进程int status;pid_t child_pid = wait(&status);if (child_pid == -1) {perror("wait");exit(EXIT_FAILURE);}printf("Child process %d terminated with status %d.\n", child_pid, status);exit(EXIT_SUCCESS);}return 0;
}

代码解释

1. fork() ：创建子进程。
2. 子进程终止：子进程调用 exit(EXIT_SUCCESS)。
3. 父进程调用 wait ：父进程调用 wait(&status) 阻塞，直到子进程终止。
4. 获取退出状态：status 包含子进程的退出状态信息。
5. 回收子进程资源：wait 函数回收子进程的资源，避免僵尸进程的产生。

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wait 函数的详细解析

函数原型

pid_t wait(int *status);

参数说明

• status ：一个指向整数的指针，用于存储子进程的退出状态信息。如果 status 为 NULL，则不返回退出状态信息【6†source】。

返回值

• 成功：返回子进程的 PID。
• 失败：返回 -1，并设置 errno 以指示错误原因。

注意事项

• wait 函数会阻塞父进程，直到子进程终止。
• 如果子进程已经终止，wait 函数会立即返回。
• 如果父进程调用 wait 时没有子进程，函数会阻塞，直到有子进程终止【7†source】。

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处理僵尸进程的方法

除了使用 wait 函数，还可以通过以下方法避免僵尸进程的产生：

1. 及时调用 wait 或 waitpid ：父进程在子进程终止后立即调用 wait 或 waitpid 回收子进程。
2. 使用信号处理：设置 SIGCHLD 信号处理函数，在信号处理函数中调用 wait 或 waitpid【8†source】。
3. 忽略 SIGCHLD 信号：调用 signal(SIGCHLD, SIG_IGN);，让内核自动回收子进程【9†source】。

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常见问题解答

1. wait 函数会阻塞父进程吗？

是的，wait 函数会阻塞父进程，直到子进程终止【1†source】。

2. 如何避免僵尸进程的产生？

及时调用 wait 或 waitpid 回收子进程，或者设置 SIGCHLD 信号处理函数【8†source】。

3. wait 和 waitpid 的区别是什么？

• wait 函数会阻塞父进程，直到任意一个子进程终止。
• waitpid 函数可以指定要等待的子进程，并支持非阻塞模式【6†source】。

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总结

wait 函数是 Linux 进程管理中一个重要的工具，用于回收子进程并避免僵尸进程的产生。通过调用 wait 函数，父进程可以获取子进程的退出状态信息，并清理子进程的资源。在实际开发中，及时调用 wait 或 waitpid 函数是确保系统稳定性和高效性的关键。

希望本文能够帮助您更好地理解 wait 函数的作用和使用方法。如果您在实际开发中有任何问题，欢迎留言讨论！