详解wait和waitpid函数

#include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status)

进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

wait调用例程：

/* wait1.c */

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

main()

{

pid_t pc,pr;

pc=fork();

if(pc<0) /* 如果出错 */

printf("error ocurred!/n");

else if(pc==0){ /* 如果是子进程 */

printf("This is child process with pid of %d/n",getpid());

sleep(10); /* 睡眠10秒钟 */

}

else{ /* 如果是父进程 */

pr=wait(NULL); /* 在这里等待 */

printf("I catched a child process with pid of %d/n"),pr);

}

exit(0);

}

编译并运行:

$ gcc wait1.c -o wait1

$ ./wait1

This is child process with pid of 1508

I catched a child process with pid of 1508

可以明显注意到，在第2行结果打印出来前有10 秒钟的等待时间，这就是我们设定的让子进程睡眠的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到。其实这里我们不管设定子进程睡眠的时间有多长，父进程都会一直等待下去，读者如果有兴趣的话，可以试着自己修改一下这个数值，看看会出现怎样的结果。

参数status：

如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的（一个进程也可以被其他进程用信号结束，我们将在以后的文章中介绍），以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，人们就设计了一套专门的宏（macro）来完成这项工作，下面我们来学习一下其中最常用的两个：

1、WIFEXITED(status) 这个宏用来指出子进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值（请注意，虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait唯一的参数---指向整数的指针status，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混了）

2、WEXITSTATUS(status) 当WIFEXITED返回非零值时，我们可以用这个宏来提取子进程的返回值，如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS(status) 就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意，如果进程不是正常退出的，也就是说， WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。

下面通过例子来实战一下我们刚刚学到的内容：

/* wait2.c */

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

main()

{

int status;

pid_t pc,pr;

pc=fork();

if(pc<0) /* 如果出错 */

printf("error ocurred!/n");

else if(pc==0){ /* 子进程 */

printf("This is child process with pid of %d./n",getpid());

exit(3); /* 子进程返回3 */

}

else{ /* 父进程 */

pr=wait(&status);

if(WIFEXITED(status)){ /* 如果WIFEXITED返回非零值 */

printf("the child process %d exit normally./n",pr);

printf("the return code is %d./n",WEXITSTATUS(status));

}else /* 如果WIFEXITED返回零 */

printf("the child process %d exit abnormally./n",pr);

}

编译并运行:

$ gcc wait2.c -o wait2

$ ./wait2

This is child process with pid of 1538.

the child process 1538 exit normally.

the return code is 3.

父进程准确捕捉到了子进程的返回值3，并把它打印了出来。

当然，处理进程退出状态的宏并不止这两个，但它们当中的绝大部分在平时的编程中很少用到，就也不在这里浪费篇幅介绍了，有兴趣的读者可以自己参阅Linux man pages去了解它们的用法。

进程同步：

有时候，父进程要求子进程的运算结果进行下一步的运算，或者子进程的功能是为父进程提供了下一步执行的先决条件（如：子进程建立文件，而父进程写入数据），此时父进程就必须在某一个位置停下来，等待子进程运行结束，而如果父进程不等待而直接执行下去的话，可以想见，会出现极大的混乱。这种情况称为进程之间的同步，更准确地说，这是进程同步的一种特例。进程同步就是要协调好2个以上的进程，使之以安排好地次序依次执行。解决进程同步问题有更通用的方法，我们将在以后介绍，但对于我们假设的这种情况，则完全可以用wait系统调用简单的予以解决。请看下面这段程序：

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

main()

{

pid_t pc, pr;

int status;

pc=fork();

if(pc<0)

printf("Error occured on forking./n");

else if(pc==0){

/* 子进程的工作 */

exit(0);

}else{

/* 父进程的工作 */

pr=wait(&status);

/* 利用子进程的结果 */

}

这段程序只是个例子，不能真正拿来执行，但它却说明了一些问题，首先，当fork调用成功后，父子进程各做各的事情，但当父进程的工作告一段落，需要用到子进程的结果时，它就停下来调用wait，一直等到子进程运行结束，然后利用子进程的结果继续执行，这样就圆满地解决了我们提出的进程同步问题。

waitpid系统调用在Linux函数库中的原型是：

#include <sys/types.h> /* 提供类型pid_t的定义 */

#include <sys/wait.h>

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)

从本质上讲，系统调用waitpid和wait的作用是完全相同的，但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pid和options，从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数：

pid：从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。

pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。

pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。

pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。

pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

options：options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用"|"运算符把它们连接起来使用，比如：

ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，如：

ret=waitpid(-1,NULL,0);

如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。

而WUNTRACED参数，由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到，这里就不多费笔墨了，有兴趣的读者可以自行查阅相关材料。

看到这里，聪明的读者可能已经看出端倪了：wait不就是经过包装的waitpid吗？没错，察看<内核源码目录>/include/unistd.h文件349-352行就会发现以下程序段：

static inline pid_t wait(int * wait_stat)

{

return waitpid(-1,wait_stat,0);

}

返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

1、当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；

2、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；

3、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；

当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；

/* waitpid.c */

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

main()

{

pid_t pc, pr;

pc=fork();

if(pc<0) /* 如果fork出错 */

printf("Error occured on forking./n");

else if(pc==0){ /* 如果是子进程 */

sleep(10); /* 睡眠10秒 */

exit(0);

}

/* 如果是父进程 */

do{

pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG参数，waitpid不会在这里等待 */

if(pr==0){ /* 如果没有收集到子进程 */

printf("No child exited/n");

sleep(1);

}

}while(pr==0); /* 没有收集到子进程，就回去继续尝试 */

if(pr==pc)

printf("successfully get child %d/n", pr);

else

printf("some error occured/n");

}

编译并运行：

$ cc waitpid.c -o waitpid

$ ./waitpid

No child exited

successfully get child 1526

父进程经过10次失败的尝试之后，终于收集到了退出的子进程。

因为这只是一个例子程序，不便写得太复杂，所以我们就让父进程和子进程分别睡眠了10秒钟和1秒钟，代表它们分别作了10秒钟和1秒钟的工作。父子进程都有工作要做，父进程利用工作的简短间歇察看子进程的是否退出，如退出就收集它。

提示：可以尝试在最后一个例子中把pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); 改为pr=waitpid(pc, NULL, 0);或者pr=wait(NULL);看看运行结果有何变化？（修改后的结果使得父进程将自己阻塞，直到有子进程退出为止！）

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