【Linux】僵尸进程，孤儿进程以及wait函数，waitpid函数（有样例，分析很详细）

本文内容：

1.僵尸进程，孤儿进程的定义，区别，产生原因，处理方法

2.wait函数，waitpid函数的分析，以及比较

背景：由于子进程的结束和父进程的运行是一个异步的过程，即父进程永远无法预测子进程什么时候结，所以就产生了孤儿进程和僵尸进程

定义：

孤儿进程：即父进程退出后，它的一个或多个子进程还在运行，那么这些子进程叫做孤儿进程

僵尸进程：如果子进程退出，但是父进程没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符pid仍然保存在系统中，那么该子进程叫做僵尸进程

区别：

孤儿进程是父进程已退出，而子进程没有退出，僵尸进程是父进程没有退出，而子进程退出了

处理方法：

1.孤儿进程将会被1号进程init进程收养，并且由init进程完成对他们的状态收集工作

2.当一个进程终止后，它的父进程需要调用wait函数（阻塞等待）或waitpid函数（非阻塞等待）获得子进程的终止状态！【父进程通过进程等待的方式，回收子进程的资源，获取子进程退出信息】

僵尸进程样例：

#include <iostream>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
using namespace std;

int main()
{
    pid_t pid=fork();

    if(pid>0)
    {
        cout<<"in paraten process,sleep..."<<endl;
        sleep(3);
        cout<<"after sleep"<<endl;
    }
    else if(pid==0)
    {
        cout<<"in child process"<<endl;
        exit(0);
    }
    return 0;
}

分析：父进程睡眠3s等待子进程结束，父进程没有调用函数等待子进程回城子进程的资源，所以子进程变成了一个僵尸进程

当这个父进程醒来然后也退出之后，该子进程就变成孤儿进程然后被1号init进程收养了，而init进程会周期性的调用wait函数来清除各个僵尸子进程

wait函数的原理：进程调用wait，然后阻塞自己，然后寻找僵尸子进程，找到了则销毁子进程然后返回，没有找到则一直阻塞直到找打僵尸子进程为止

样例程序：使用wait函数来回收僵尸进程

#include <iostream>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;

int main()
{
    pid_t pid=fork();

    if(pid>0)
    {
        cout<<"in parate process"<<endl;
        pid_t pr=wait(NULL);
        cout<<"in parent process,I catched a child process with pid of "<<pid<<endl;
    }
    else if(pid==0)
    {
        cout<<"in child process,PID="<<getpid()<<" PPID:"<<getppid()<<endl;
        exit(0);
    }
    return 0;
}

wait函数原型：

pid_t wait(int *status)

如果status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态码取出存入status中，这样我们可以知道子进程是正常退出还是非正常退出

需要注意的是，子进程状态信息被放在一个整数的不同二进制位中，所以有一个专门的宏macro来读取信息，比如WIFEXITED（status),子进程正常退出返回非0值，当子进程是正常退出时，我们可以使用WEXITSTATUS来获取子进程的返回值，比如子进程返回5，那么我们就可以获取这个返回值

样例程序：利用宏获得子进程的返回值：

#include <iostream>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;

int main()
{
    pid_t pid=fork();

    if(pid<0)
    {
        cout<<"fork error"<<endl;
        return 0;
    }
    else if(pid>0)
    {
        cout<<"in parate process"<<endl;

        int status=-1;
        pid_t pr=wait(&status);

        if(WIFEXITED(status))
        {
            cout<<"the child process exit normal"<<endl;
            cout<<"the child return code is "<<WEXITSTATUS(status)<<endl;
        }
        else
        {
            cout<<"the child process exit  abnormal,pid="<<pr<<endl;
        }
    }
    else if(pid==0)
    {
        cout<<"in child process,PID="<<getpid()<<" PPID:"<<getppid()<<endl;
        exit(6);
    }
    return 0;
}

分析：子进程返回6，父进程通过宏获得了子进程的返回值，需要注意的是：返回值有一定的大小，太大了不可以，因为整个整数的比特位存储的是子进程返回的一些信息，有位数限制

waitpid函数原型：

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

pid参数：

1)pid>0: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

2)pid=-1:等待任何一个子进程，没有限制，此时和wait函数作用一模一样

3）pid<-1：等待一个指定进程组中的任何子进程，进程组号=pid的绝对值

4）pid=0：等待一个指定进程组中的任何子进程，进程组号为pid的值

options参数:

1)options=WNOHANG,即使子进程没有退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去

2）options=WUNTRECED，子进程睡眠则马上返回，但结束状态不予理会

3）options=0，不使用该参数

和wait函数相比，waitpid其实是wait函数的封装，waitpid可以指定等待的子进程，并且指定返回的条件！

样例程序：使用waitpid收集子进程的信息

#include <iostream>
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<semaphore.h>
#include<sys/wait.h>
#include<sys/types.h>
using namespace std;

int main()
{
    pid_t pid=fork();
    pid_t pr;

    if(pid<0)
    {
        cout<<"fork error"<<endl;
        return 0;
    }
    else if(pid>0)
    {
        cout<<"in parate process"<<endl;
        do
        {
            pr=waitpid(pid,NULL,WNOHANG);
            if(pr==0)
            {
                cout<<"no child exit"<<endl;
                sleep(1);
            }
        }
        while(pr==0);
        if(pr==pid)
        {
            cout<<"successfuly get child "<<pid<<endl;
        }
        else
        {
            cout<<"some error cvcured"<<endl;
        }
    }
    else if(pid==0)
    {
        cout<<"in child process,PID="<<getpid()<<" PPID:"<<getppid()<<endl;
        sleep(10);
        exit(11);
    }
    return 0;
}

分析：waitpid采用了WNOHANG参数，所以waitpid不会停留在那里等待，也就是说父进程不会阻塞在那里等待子进程返回，它会立即返回然后去做自己的事情，所以需要加个循环直到等待到进程为止，相当于轮询

总结：waitpid函数是wait函数的封装，作用一样，但是比wait函数更加灵活了，可以指定需要等待的子进程，可以设置等待的规则！