8.6 wait和waitpid函数-进程控制
当一个进程正常或异常终止时，内核就向其父进程发送SIGCHLD信号。因为子进程终止是个异步事件(这可以在父进程运行的任何时候发生)，所以这种信号也是内核向父进程发的异步通知。父进程可以忽略该信号，或者提供一个该信号发生时即被调用执行的函数(信号处理程序)。对于这种信号的系统默认动作是忽略它。第1 0章将说明这些选择项。现在需要知道的是调用wait或waitpid的进程可能会：
• 阻塞(如果其所有子进程都还在运行)。
• 带子进程的终止状态立即返回(如果一个子进程已终止，正等待父进程存取其终止状态)。
• 出错立即返回(如果它没有任何子进程)。
如果进程由于接收到SIGCHLD信号而调用wait，则可期望wait会立即返回。但是如果在一个任一时刻调用wait，则进程可能会阻塞。
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *statloc) ;
pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options) ;
//两个函数返回：若成功则为进程I D，若出错则为-1
这两个函数的区别是：
• 在一个子进程终止前， wait 使其调用者阻塞，而waitpid 有一选择项，可使调用者不阻塞。
• waitpid并不等待第一个终止的子进程—它有若干个选择项，可以控制它所等待的进程。
如果一个子进程已经终止，是一个僵死进程，则wait立即返回并取得该子进程的状态，否则wait使其调用者阻塞直到一个子进程终止。如调用者阻塞而且它有多个子进程，则在其一个子进程终止时，wait就立即返回。因为wait返回终止子进程的进程I D，所以它总能了解是哪一个子进程终止了。
这两个函数的参数statloc是一个整型指针。如果statloc不是一个空指针，则终止进程的终止状态就存放在它所指向的单元内。如果不关心终止状态，则可将该参数指定为空指针。
依据传统，这两个函数返回的整型状态字是由实现定义的。其中某些位表示退出状态（正常返回），其他位则指示信号编号（异常返回），有一位指示是否产生了一个core文件等等。POSIX.1规定终止状态用定义在< sys / wait . h >中的各个宏来查看。有三个互斥的宏可用来取得进程终止的原因，它们的名字都以W I F开始。基于这三个宏中哪一个值是真，就可选用其他宏来取得终止状态、信号编号等。这些都在表8 - 1中给出。在8 . 9节中讨论作业控制时，将说明如何停止一个进程。
表8-1 检查wait和waitpid所返回的终止状态的宏
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宏 |
说明 |
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WIFEXITED(status) |
若为正常终止子进程返回的状态，则为真。对于这种情况可执行W EXIT STATUS(status) 取子进程传送给exit或_ exit参数的低8位 |
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WIFSIGNALED(status) |
若为异常终止子进程返回的状态，则为真（接到一个不捕捉的信号）。对于这种情况，可执行W T E R M S I G(status)取使子进程终止的信号编号。另外，S V R 4和4 . 3 + B S D（但是，非POSIX.1）定义宏：W CORE D U M P(status)若已产生终止进程的core文件，则它返回真 |
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W I F S T O P P E D(status) |
若为当前暂停子进程的返回的状态，则为真。对于这种情况，可执行WSTOPSIG(status)取使子进程暂停的信号编号 |
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WIFCONTINUED（status） |
若在作业控制暂停后已经继续的子进程返回了状态，则为真。 |
实例
程序8 - 3中的函数pr_exit使用表8 - 1中的宏以打印进程的终止状态。本章的很多程序都将调用此函数。注意，如果定义了W CORE D U M P，则此函数也处理该宏。
#include <stdio.h>
#include <sys/wait.h>
void pr_exit(int status)
{
if (WIFEXITED(status))
printf("normal termination, exit status = %d\n",
WEXITSTATUS(status));
else if (WIFSIGNALED(status))
printf("abnormal termination, signal number = %d%s\n",
WTERMSIG(status),
#ifdef WCOREDUMP
WCOREDUMP(status) ? " (core file generated)" : "");
#else
"");
#endif
else if (WIFSTOPPED(status))
printf("child stopped, signal number = %d\n",
WSTOPSIG(status));
}
程序8 - 4调用pr_exit函数，例示终止状态的不同值。运行程序8 - 4可得：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
void pr_exit(int status)
{
if (WIFEXITED(status))
printf("normal termination, exit status = %d\n",
WEXITSTATUS(status));
else if (WIFSIGNALED(status))
printf("abnormal termination, signal number = %d%s\n",
WTERMSIG(status),
#ifdef WCOREDUMP
WCOREDUMP(status) ? " (core file generated)" : "");
#else
"");
#endif
else if (WIFSTOPPED(status))
printf("child stopped, signal number = %d\n",
WSTOPSIG(status));
}
int main(void)
{
pid_t pid;
int status;
if ((pid = fork()) < 0)
perror("fork error");
else if (pid == 0) /* child */
exit(7);
if (wait(&status) != pid) /* wait for child */
perror("wait error");
pr_exit(status); /* and print its status */
if ((pid = fork()) < 0)
perror("fork error");
else if (pid == 0) /* child */
abort(); /* generates SIGABRT */
if (wait(&status) != pid) /* wait for child */
perror("wait error");
pr_exit(status); /* and print its status */
if ((pid = fork()) < 0)
perror("fork error");
else if (pid == 0) /* child */
status /= 0; /* divide by 0 generates SIGFPE */
if (wait(&status) != pid) /* wait for child */
perror("wait error");
pr_exit(status); /* and print its status */
exit(0);
}
$ a.out
normal termination, exit status = 7
abnormal termination, signal number = 6 (core file generated)
abnormal termination, signal number = 8 (core file generated)
不幸的是，没有一种可移植的方法将W T E R M S I G得到的信号编号映射为说明性的名字。( 1 0 . 2 1节中说明了一种方法。)我们必须查看< s i g n a l . h >头文件才能知道S I G A B RT的值是6，S I G F P E的值是8。
正如前面所述，如果一个进程有几个子进程，那么只要有一个子进程终止， wait就返回。如果要等待一个指定的进程终止(如果知道要等待进程的I D )，那么该如何做呢?在早期的UNIX版本中，必须调用wait，然后将其返回的进程I D和所期望的进程I D相比较。如果终止进程不是所期望的，则将该进程I D和终止状态保存起来，然后再次调用wait。反复这样做直到所期望的进程终止。下一次又想等待一个特定进程时，先查看已终止的进程表，若其中已有要等待的进程，则取有关信息，否则调用wait。其实，我们需要的是等待一个特定进程的函数。P O S I X .1定义了waitpid函数以提供这种功能(以及其他一些功能)。
对于waitpid的pid参数的解释与其值有关：
• pid == -1 等待任一子进程。于是在这一功能方面waitpid与wait等效。
• pid > 0 等待其进程I D与pid相等的子进程。
• pid == 0 等待其组I D等于调用进程的组I D的任一子进程。
• pid < -1 等待其组I D等于pid的绝对值的任一子进程。( 9 . 4节将说明进程组。)
waitpid返回终止子进程的进程I D，而该子进程的终止状态则通过statloc返回。对于wait，其唯一的出错是调用进程没有子进程(函数调用被一个信号中断时，也可能返回另一种出错。第1 0章将对此进行讨论)。但是对于waitpid，如果指定的进程或进程组不存在，或者调用进程没有子进程都能出错。
options参数使我们能进一步控制waitpid的操作。此参数或者是0，或者是表8 - 2中常数的逐位或运算。
表8-2 waitpid的选择项常数
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常数 |
说明 |
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W N O H A N G |
若由pid指定的子进程并不立即可用，则waitpid不阻塞，此时其返回值为0 |
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W U N T R A C E D |
若某实现支持作业控制，则由pid指定的任一子进程状态已暂停，且其状态自暂停以来还未报告过，则返回其状态。W I F S TO P P E D宏确定返回值是否对应于一个暂停子进程 |
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WCONTINUED |
若实现支持作业控制，那么由pid指定的任一个子进程在暂停后已经继续，但其状态尚未报告，则返回其状态。 |
waitpid函数提供了wait函数没有提供的三个功能：
a) waitpid等待一个特定的进程(而wait则返回任一终止子进程的状态)。在讨论p o p e n函数时会再说明这一功能。
b) waitpid提供了一个wait的非阻塞版本。有时希望取得一个子进程的状态，但不想阻塞。
c) waitpid支持作业控制（以W U N T R A C E D选择项）。
实例
回忆一下8 . 5节中有关僵死进程的讨论。如果一个进程要fork一个子进程，但不要求它等待子进程终止，也不希望子进程处于僵死状态直到父进程终止，实现这一要求的诀窍是调用fork两次。程序8 - 5实现了这一点。
在第二个子进程中调用sleep以保证在打印父进程I D时第一个子进程已终止。在fork之后，父、子进程都可继续执行——我们无法预知哪一个会先执行。如果不使第二个子进程睡眠，则在fork之后，它可能比其父进程先执行，于是它打印的父进程I D将是创建它的父进程，而不是init进程（进程ID 1）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
if ((pid = fork()) < 0) {
perror("fork error");
} else if (pid == 0) { /* first child */
if ((pid = fork()) < 0)
perror("fork error");
else if (pid > 0)
exit(0); /* parent from second fork == first child */
/*
* We're the second child; our parent becomes init as soon
* as our real parent calls exit() in the statement above.
* Here's where we'd continue executing, knowing that when
* we're done, init will reap our status.
*/
sleep(2);
printf("second child, parent pid = %d\n", getppid());
exit(0);
}
if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid) /* wait for first child */
perror("waitpid error");
/*
* We're the parent (the original process); we continue executing,
* knowing that we're not the parent of the second child.
*/
exit(0);
}
执行程序8 - 5得到：
$ a.out
$ second child, parent pid = 1
注意，当原先的进程(也就是exec本程序的进程)终止时， shell打印其指示符，这在第二个子进程打印其父进程I D之前。