使用waitpid回收多个子进程

在Unix/Linux系统中，创建子进程后，父进程需要负责回收这些子进程的资源，否则会导致"僵尸进程"的产生。本文将详细介绍如何使用waitpid系统调用有效地回收多个子进程。

什么是waitpid

waitpid是Unix/Linux系统提供的一个系统调用，用于等待子进程的状态改变并回收其资源。相比于wait函数，waitpid提供了更灵活的控制选项，可以指定等待哪个特定的子进程，以及是否阻塞等待【1†source】。

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

参数说明：

• pid: 要等待的子进程ID。特殊值包括：
  • -1: 等待任意子进程
  • 0: 等待与调用进程同组的任意子进程

  • 0: 等待指定PID的子进程

• status: 用于存储子进程退出状态的指针
• options: 控制选项，最常用的是WNOHANG，表示非阻塞模式

回收多个子进程的方法

方法一：循环调用waitpid

最简单的方法是在父进程中循环调用waitpid，直到所有子进程都被回收：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>int main() {pid_t pids[5];int i;// 创建5个子进程for (i = 0; i < 5; i++) {pids[i] = fork();if (pids[i] == 0) {// 子进程代码printf("Child process %d started\n", getpid());sleep(1 + rand() % 3); // 随机休眠1-3秒printf("Child process %d exiting\n", getpid());exit(0);}}// 父进程回收子进程int status;pid_t pid;for (i = 0; i < 5; i++) {pid = waitpid(pids[i], &status, 0);if (pid == -1) {perror("waitpid");exit(1);}printf("Parent reaped child %d\n", pid);}return 0;
}

方法二：非阻塞方式回收子进程

使用WNOHANG选项，父进程可以在不阻塞的情况下检查子进程状态：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdlib.h>int main() {pid_t pids[5];int i;// 创建5个子进程for (i = 0; i < 5; i++) {pids[i] = fork();if (pids[i] == 0) {// 子进程代码printf("Child process %d started\n", getpid());sleep(1 + rand() % 3); // 随机休眠1-3秒printf("Child process %d exiting\n", getpid());exit(0);}}// 父进程非阻塞方式回收子进程int status;pid_t pid;int children_left = 5;while (children_left > 0) {pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG);if (pid > 0) {// 成功回收一个子进程printf("Parent reaped child %d\n", pid);children_left--;} else if (pid == 0) {// 有子进程仍在运行printf("Waiting for children to finish...\n");sleep(1);} else {// 出错perror("waitpid");exit(1);}}printf("All children have been reaped\n");return 0;
}

方法三：信号处理方式回收子进程

可以通过SIGCHLD信号来通知父进程子进程已经终止，然后在信号处理函数中回收子进程：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>void sigchld_handler(int sig) {int status;pid_t pid;// 回收所有已终止的子进程while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {printf("Parent reaped child %d\n", pid);}
}int main() {pid_t pids[5];int i;// 设置SIGCHLD信号处理struct sigaction sa;sa.sa_handler = sigchld_handler;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = SA_RESTART | SA_NOCLDSTOP;if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");exit(1);}// 创建5个子进程for (i = 0; i < 5; i++) {pids[i] = fork();if (pids[i] == 0) {// 子进程代码printf("Child process %d started\n", getpid());sleep(1 + rand() % 3); // 随机休眠1-3秒printf("Child process %d exiting\n", getpid());exit(0);}}// 父进程继续执行其他任务printf("Parent doing other work...\n");sleep(5);printf("Parent finished\n");return 0;
}

最佳实践和注意事项

1. 及时回收子进程：父进程应该及时回收子进程，避免僵尸进程的产生【2†source】。

2. 处理异常情况：在调用waitpid时，应该检查返回值，处理可能的错误情况。

3. 信号处理注意事项：使用信号处理方式回收子进程时，需要注意信号处理函数的可重入性和安全性。

4. 避免竞争条件：在多线程环境中使用waitpid时，需要注意同步问题，避免竞争条件。

5. 使用WNOHANG：对于需要同时处理多个任务的父进程，使用WNOHANG选项可以避免阻塞，提高程序的响应性【3†source】。

总结

waitpid是Unix/Linux系统中回收子进程的强大工具，通过合理使用waitpid及其选项，父进程可以有效地管理多个子进程。本文介绍了三种常见的回收多个子进程的方法，包括循环调用、非阻塞方式和信号处理方式，并提供了相应的代码示例。根据具体的应用场景和需求，选择最适合的方法来管理子进程，可以提高程序的健壮性和效率。

在实际开发中，还需要考虑程序的错误处理、资源释放和信号安全等问题，确保程序在各种情况下都能正确运行。