Linux 进程控制：进程终止与等待・waitpid 选项参数与状态解析（告别僵尸进程）
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一、进程终止
即正在执行的程序停止执行，操作系统进行系统资源释放（进程申请的相关内核数据结构和代码数据）。
进程是用来完成某个任务的，所以结束时无非三种情况：
• 代码运行完毕，结果正确
• 代码运行完毕，结果不正确
• 代码异常终止
1、退出码
我们在以前写main函数时，总在最后返回一个0，这个0其实就是退出码。0就表示我们的程序运行完毕，结果正确；结果不正确就可能返回其他非0 的退出码。那怎么查看这些退出码呢?
退出码：进程终止时返回给操作系统一个整数（0~133），用来标识进程的终止状态。
我们可以借助strerror函数，strerror 是 C 标准库中的核心函数（定义在
2、常见退出方法
2.1 正常终止
💦 main函数返回
我们可以通过 echo &? 查看进程退出码。
💦 _exit
参数：status 定义了进程的终止状态，父进程通过wait来获取该值。
• 说明：虽然status是int，但是仅有低8位可以被父进程所用。所以_exit(-1)时，在终端执行$?发现 返回值是255。
💦 exit
📢 那么_exit 和 exit 有什么区别呢？
_exit 属于系统调用（内核态底层），而exit 属于标准库中的函数。
exit 在底层调用了 _exit， 但在此之前还进行了执行用户定义的清理函数和刷新缓冲区，关闭流等操作。
💤我们可以通过一个实验验证一下：在printf时我们先不用换行刷新缓冲区
所以说，缓冲区一定不在系统内部，而是库缓冲区，C语言提供。
2.2 异常退出
进程未完成预期功能，因外部信号或内部错误被迫中断，终止状态为「错误」。
💦 ctrl + c，信号终止
收到外部信号：
SIGINT（信号 2）：用户在终端按下Ctrl+C，终止前台运行的进程
SIGKILL（信号 9）：强制终止进程，无法被捕获或忽略（命令：kill -9 进程PID），用于终止无响应的进程。
程序内部运行错误：进程执行过程中出现无法恢复的逻辑错误，触发内核终止信号，例如：
除零错误（
int a = 1 / 0;）；栈溢出（递归调用无终止条件，耗尽栈空间）；
自定义类型的非法操作（如未初始化的指针调用成员函数）。
注意：当进程发生异常退出，此时退出码无意义。
二、进程等待
1、进程等待的必要性
前面我们在进程状态中提到，当子进程结束，父进程不去获取子进程的退出信息，那么此时该子进程就会变成僵尸进程，操作系统依然需要维护相关的数据结构，就会造成内存泄漏。进程等待的一个重要作用就是回收子进程资源，防止内存泄漏，同时，获取子进程的退出信息。
while :;do ps axj|head -1 && ps axj|grep ./test|grep -v test.c;sleep 1; done
2、进程等待的方式
2.1 wait 方法
等待任意一个退出的子进程，并返回子进程pid。如果子进程一直不退出，父进程就会一直阻塞在wait 处。
#include
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0) // 子进程
{
int cnt = 5;
while(cnt--)
{
printf("我是一个子进程，我的pid：%d，ppid：%d
",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
exit(0);
}
sleep(10);
pid_t rid = wait(NULL);
if(rid > 0) printf("等待成功，%d
",rid);
return 0;
}
2.2 waitpid 方法
wait 的升级版，可以用来等待指定进程，这也是为什么fork 创建子进程时要给父进程返回子进程pid的原因。
参数pid 传 -1时等待任意进程，即此时与wait 完全相同。即wait(NULL) 与 waitpid(-1, NULL, 0) 作用完全一样。
利用 waitpid 进行阻塞等待指定的子进程：
#include
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0) // 子进程
{
int cnt = 5;
while(cnt--)
{
printf("我是一个子进程，我的pid：%d，ppid：%d
",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
exit(0);
}
sleep(10);
pid_t rid = waitpid(id,NULL,0);
if(rid > 0) printf("等待成功，%d
",rid);
return 0;
}
waitpid参数解析：
• *status ：
子进程退状态，是一个输出型参数。这不就是我们前面提到的进程终止相关的信息吗。
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0) // 子进程
{
int cnt = 3;
while(cnt)
{
printf("我是一个子进程，我的pid：%d，ppid：%d
",getpid(),getppid());
cnt--;
}
exit(1);
}
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
if(rid > 0) printf("等待成功,rid = %d, status = %d
",rid, status);
else printf("等待失败，%d : %s
",errno, strerror(errno));
return 0;
}
❄️子进程明明是exit(1) 退出的，即退出码应该是1，但怎么打印出了256呢？
操作系统中用一个整数的低16个比特位（0~15）来存储进程终止的相关信息，高16位不用。低16个比特位又分为0~6记录终止信号（即进程异常退出信息），第7位为core dump标志（先不谈）以及8~15记录退出状态（即正常终止信息）。
查看终止信号：
kill -l
而我们的进程正常结束，所以0~7位均为0，第八位为1，即100000000，转化为10进制即256。
那我们对status 右移8不就是1了嘛，通过 (status >> 8) & 0xFF。就可以获得0~15个比特位。
❄️上面我们的程序正常终止，那进程异常终止呢？
此时子进程会把自己的异常终止信号放在低7个比特位，通过 status & 0x7F 就可以获得status的低7个比特位。
当我们在另外一个窗口杀掉子进程：kill -9 25130
可以看到我们拿到的status 的低7个比特位 即为9，而9 号信号就是我们在杀掉子进程时传递给子进程的终止信号，这也从侧面反映了进程异常终止其实就是收到了信号。
🔊我们还可以继续实验：在代码中写一个除零的操作
子进程异常终止，父进程等待成功，status 的低 7个比特位的值为8，对应8号信号（算术运算错误：除零错误）。
补充：
其实系统提供了两个宏来提取退出信息（底层也是位操作）：
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）
• option：
（1）阻塞模式（options = 0）：父进程调用 waitpid() 后，若指定子进程未终止 / 未进入僵尸状态，父进程会被挂起（阻塞），直到子进程终止后才继续执行；
例如：scanf()，cin 等等，只要不进行输入，进程就一直会等待用户输入，阻塞。
当我们执行：sleep 100，此时输入指令无响应。
因为sleep 100 就是bash 进程的一个子进程，执行sleep 100，此时bash阻塞等待，所以，输入其他指令无响应。
（2）非阻塞模式（options = WNOHANG）：父进程调用 waitpid() 后，无论指定子进程是否终止，都会立即返回，不会阻塞等待。
• 返回值大于0：表示等待成功；
• 返回值等于0：表示调用结束，子进程还没有退出；
• 返回值小于0：表示等待失败。
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
// 子进程
while(1)
{
printf("我是一个子进程，我的pid：%d，ppid：%d
",getpid(),getppid());
sleep(1);
}
}
// 父进程
while(1) // 非阻塞轮询（循环）
{
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG);
if(rid > 0)
{
printf("等待成功,rid = %d, exit code: %d, exit signal: %d
",rid, WEXITSTATUS(status), WIFEXITED(status));
break; // 等待成功，结束
}
else if(rid == 0)
{
printf("本轮调用结束，子进程还在运行
");
sleep(1);
// 执行任务...
}
else
{
printf("等待失败，%d : %s
",errno, strerror(errno));
break; // 等待失败，结束
}
}
return 0;
}
对于非阻塞调用，由于父进程并不知道子进程什么时候能退出，所以父进程需要一直去查看子进程退出信息（循环调用waitpid），即非阻塞轮询。同时，非阻塞调用父进程并不会一直阻塞等待，而是非阻塞轮询，所以父进程在等待过程中可以周期性地做一些自己的事情，这就提高了效率。
注意：进程异常终止时，退出码无意义！！！
就相当于你考试作弊被抓住，此时考试成绩就是无意义的。
3、进程等待怎么做到的？
首先说明一点：父进程没办法直接拿到子进程的信息。
子进程退出后，变成僵尸进程，此时子进程的PCB（task_struct）仍被操作系统维护，而子进程的退出信息存储在子进程的 task_struct结构体对象 中，父进程无法直接拿到子进程退出信息。所以通过 waitpid 这样的系统调用接口间接获得。
前面提到的getpid()，getppid()也是这个原理。
😄 创作不易，你的点赞和关注都是对我莫大的鼓励，再次感谢您的观看😘
