『Linux从入门到精通』第 ⑰ 期 - 那年我手执『wait』桃木剑，轻松解决僵尸进程~

2023-11-21 21:20
文章标签 linux 入门 精通 解决 进程 轻松 僵尸 wait 那年 桃木 手执

本文主要是介绍『Linux从入门到精通』第 ⑰ 期 - 那年我手执『wait』桃木剑，轻松解决僵尸进程~，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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文章目录

  • 💐专栏导读
  • 💐文章导读
  • 🐧进程退出
    • 🐦进程常见的退出方法
      • 🐔正常终止
        • 🔔return 退出
        • 🔔exit 退出
        • 🔔_exit 退出
      • 🐔异常终止
  • 🐧进程等待
      • 🐦必要性
      • 🐦是什么
      • 🐦如何等待
        • 🔔解决子进程僵尸问题
        • 🔔如何获取子进程status
    • 🦋阻塞等待
    • 🦋非阻塞等待
      • 🐦完整代码

💐专栏导读

🌸作者简介：花想云 ，在读本科生一枚，C/C++领域新星创作者，新星计划导师，阿里云专家博主，CSDN内容合伙人…致力于 C/C++、Linux 学习。

🌸专栏简介：本文收录于 Linux从入门到精通，本专栏主要内容为本专栏主要内容为Linux的系统性学习，专为小白打造的文章专栏。

🌸相关专栏推荐：C语言初阶系列、C语言进阶系列 、C++系列、数据结构与算法。

💐文章导读

前几章我们讲了关于如何创建进程与进程状态。那么本章我们就来看看进程在退出时又有哪些花样吧~ 为了解决之前所讲的僵尸进程问题，我们必须要让父进程得到子进程的退出状态，这就是本章的另一个话题——进程等待~

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🐧进程退出

思考一下，我们创建一个进程的目的是什么？当然是想让进程帮助我们完成某件事情。例如：①将一个文件拷贝到某个目录下、②判断某个某个文件是否为空…

有些情况下，我们只需要进程去做某件事即可，并不需要关心它做的是否合格（这显然是不可取的行为）；有时候不仅需要进程去做某件事，还需要关心它是否成功了，即关心一个进程的结果。

那么当一个进程结束时，一共可分为3中情况：

  1. 代码运行完毕，且结果正确；
  2. 代码运完毕，结果错误；
  3. 代码异常终止；

🐦进程常见的退出方法

🐔正常终止

🔔return 退出

在C语言中，我们编写程序时都会在main函数的最后加上一条语句——return 0; main函数中的return并不等同于其他函数的return，main函数返回的其实是进程退出码。

在Linux中，我们可以使用指令来查看一个进程的退出码：

$ echo $?
  • ？只会保存最近一次进程退出的退出码。

示例

#include <stdio.h>
int main()
{int a = 10;int b = 30;int ret = a + b; // 代码1//int ret = a + b / 2; // 代码2// 结果正确返回0，错误返回1 if(ret == 40)return 0;else return 1;printf("mytest......\n");
}

代码1
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代码2

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🔔exit 退出

我们可能对这个函数并不陌生，它的作用就是终止进程。exit的参数就是退出进程时需要返回的退出码。

我们故意写一段错误的代码来看看exit返回的退出码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>void Sort(int* array,int n)
{if(array == NULL){perror("Array Fail");exit(111);}// 排序略...
}
int main()
{int * prt = NULL;Sort(prt,10);return 0；
}

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🔔_exit 退出

_exit是系统调用，并不像exit是C语言的库函数。_exit与exit使用方法完全相同，但是两者某些行为却有差别：

  • exit在退出进程之前会刷新缓冲区；
  • _exit直接退出进程；

示例

exit 的表现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void Sort(int* array,int n)
{if(array == NULL){//per1ror("Array Fail");printf("函数发生错误");sleep(1);exit(111);}// 排序略...
}
int main()
{   int * prt = NULL;Sort(prt,10);return 0;
}

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_exit 的表现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>void Sort(int* array,int n)
{if(array == NULL){//per1ror("Array Fail");printf("函数发生错误");sleep(1);_exit(111);}// 排序略...
}
int main()
{   int * prt = NULL;Sort(prt,10);return 0;
}

在这里插入图片描述

很显然，在_exit的表现中，“函数发生错误”还在缓冲区中未刷新，进程就已经退出了。

  • exit最后其实也会调用_exit, 但在调用_exit之前，还做了其他工作：
    1. 执行用户通过 atexit或on_exit定义的清理函数；
    2. 关闭所有打开的流，所有的缓存数据均被写入；
    3. 调用_exit；

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🐔异常终止

除了程序自己发现异常而终止，一个程序还可能因为外力因素而提前终止。例如我们之前学习过的指令：kill -9 ，它的作用就是从外部“杀”掉进程、或者我们经常使用的Ctrl+c。

$ kill -9 进程ID

🐧进程等待

🐦必要性

  • 之前讲过，子进程退出，父进程如果不管不顾，就可能造成僵尸进程的问题，进而造成内存泄漏；

  • 另外，进程一旦变成僵尸状态，那就刀枪不入，“杀人不眨眼”的kill -9 也无能为力，因为谁也没有办法杀死一个已经死去的进程；

  • 最后，父进程派给子进程的任务完成的如何，我们需要知道。如：子进程运行完成，结果对还是不对，或者是否正常退出；

  • 父进程通过进程等待的方式，回收子进程资源，获取子进程退出信息；

🐦是什么

我们谈进程等待，那么我们究竟要等待什么呢？

  • 进程等待，就是通过系统调用，获取子进程的退出码或者退出信号的方式，顺便解决内存释放的问题。

🐦如何等待

这里就要介绍两个系统调用接口了：

  • wait；
pid_t wait(int *status);

  • 返回值：成功返回被等待进程pid，失败返回-1。

  • 参数：输出型参数，获取子进程退出状态，不关心则可以设置成为NULL；

🔔解决子进程僵尸问题

之前讲到过，由于父进程为对子进程进行等待，子进程就会进入僵尸状态，且危害极大。那么意味着，要避免僵尸问题，我们必须对子进程进行等待。代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main()
{   pid_t id = fork();int cnt = 50;if(id == 0){// 子进程while(cnt){printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...\n",cnt--);sleep(1);}exit(111);}// 父进程pid_t ret_id = wait(NULL);printf("%d %d\n",id,ret_id);sleep(10);
}

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如图所示，在kill -9 终止子进程后，子进程并没有进入僵尸状态。而且可以清晰的看到，wait的返回值就是子进程的PID。

🔔如何获取子进程status

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  • wait和waitpid，都有一个status参数，该参数是一个输出型参数，由操作系统填充。

  • 如果传递NULL，表示不关心子进程的退出状态信息。

  • 否则，操作系统会根据该参数，将子进程的退出信息反馈给父进程。

  • status不能简单的当作整型来看待，可以当作位图来看待，具体细节如下图（只研究status低16比特位）：

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做个形象的比喻，如果你正在考试，如果你以正确的方式参加了考试，那么你的成绩必定有好有坏，就看你如何看待自己考试的结果了；但是，如果你考试作弊了，考试还未结束，你就被监考老师叉出去了，提前结束了考试，此时，你的卷子尽管可能有得分，这个得分有没有参考价值呢？当然没有。

所以，如果一个进程正常终止，我们可以拿到它的退出状态即进程退出码；如果一个进程被信号（监考老师）终止，此时退出状态是没有意义的，但是我们可以查看终止信号，（至少看看是什么原因导致的考试异常结束）。

示例

  • 进程正常终止；
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>int main()
{   pid_t id = fork();int cnt = 5;if(id == 0){// 子进程while(cnt){printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...\n",cnt--);sleep(1);}exit(111);}// 父进程int status = 0;pid_t ret_id = wait(&status);printf("child exit code:%d,child exit singl:%d\n",(status >> 8) & 0xFF,status & 0x7F);
}

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  • kill -9 终止进程（把计时改为20，因为我手速没那么快…）；

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  • waitpid;
pid_ t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

  • 返回值：

    • 当正常返回的时候waitpid返回收集到的子进程的PID；
    • 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；
    • 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；

  • 参数：

    • pid：
      • Pid = -1，等待任意一个子进程，与wait等效。
      • Pid > 0，等待其进程ID与pid相等的子进程。
    • status：
      • 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）

  • options:

    • WNOHANG：若pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数返回0，不予以等待。若正常结束，则返回该子进程的ID。

waitpid与wait的用法大致是类似的，这里就不做专门的演示了。

🦋阻塞等待

仔细观察上文中示例中的结果，父进程的输出总在子进程结束之后，如图：

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在子进程运行期间，父进程一直在等待，并没有做其他事情，直到等待子进程成功。我们把这种情况称为父进程在进行阻塞等待。

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如果父进程不想干干地等待子进程结束，而是想在等待的期间做点其他有意义的事情该如何处理呢？

🦋非阻塞等待

  • 首先我们先预设一批任务，在父进程等待期间执行这些任务；
void sync_disk()
{printf("这是一个刷新数据的任务\n");
}void sync_log()
{printf("这是一个同步日志的任务\n");
}void net_send()
{printf("这是一个网络发送的任务\n");
}
  • 设置任务加载函数、任务运行函数、任务初始化函数等；
#define TASK_NUM 10 // 任务的数量typedef void (*FUNC_PTR)(); // 函数指针类型重定义FUNC_PTR other_task[TASK_NUM]={NULL}; // 定义一个函数指针数组int LoadTask(FUNC_PTR func)
{int i = 1;for(; i < TASK_NUM; ++i){if(other_task[i]==NULL) break;}if(i == TASK_NUM) return -1;else other_task[i] = func;return 0;
}void InitTask()
{int i = 0;for(; i < TASK_NUM; ++i) other_task[i] == NULL;LoadTask(sync_disk);LoadTask(sync_log);LoadTask(net_send);
}void RunTask()
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++){if(other_task[i] == NULL) continue;other_task[i]();}
}
  • main函数设计；
int main()
{   pid_t id = fork();int cnt = 15;if(id == 0){// 子进程while(cnt){printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...\n",cnt--);sleep(1);}exit(111);}InitTask();// 父进程while(1){int status = 0;pid_t ret_id = waitpid(id,&status,WNOHANG);if(ret_id < 0){printf("等待出错\n");exit(1);}else if(ret_id == 0) // 子进程还未结束，做做其他事情{RunTask();sleep(1);continue;}else // 已等待成功 {if(WIFEXITED(status)) // 子进程正常退出{printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出码:%d\n",id,WEXITSTATUS(status));}else // 子进程异常退出{printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出信号:%d\n",id,status&0x7F);}break;}}
}

效果如下

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🐦完整代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <sys/types.h>#define TASK_NUM 10 // 任务的数量void sync_disk()
{printf("这是一个刷新数据的任务\n");
}void sync_log()
{printf("这是一个同步日志的任务\n");
}void net_send()
{printf("这是一个网络发送的任务\n");
}typedef void (*FUNC_PTR)(); // 函数指针类型重定义FUNC_PTR other_task[TASK_NUM]={NULL};int LoadTask(FUNC_PTR func)
{int i = 1;for(; i < TASK_NUM; ++i){if(other_task[i]==NULL) break;}if(i == TASK_NUM) return -1;else other_task[i] = func;return 0;
}void InitTask()
{int i = 0;for(; i < TASK_NUM; ++i) other_task[i] == NULL;LoadTask(sync_disk);LoadTask(sync_log);LoadTask(net_send);
}void RunTask()
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++){if(other_task[i] == NULL) continue;other_task[i]();}
}int main()
{   pid_t id = fork();int cnt = 15;if(id == 0){// 子进程while(cnt){printf("我是子进程，我还在运行，我还有%d...\n",cnt--);sleep(1);}exit(111);}InitTask();// 父进程while(1){int status = 0;pid_t ret_id = waitpid(id,&status,WNOHANG);if(ret_id < 0){printf("等待出错\n");exit(1);}else if(ret_id == 0) // 子进程还未结束，做做其他事情{RunTask();sleep(1);continue;}else // 已等待成功 {if(WIFEXITED(status)) // 子进程正常退出{printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出码:%d\n",id,WEXITSTATUS(status));}else // 子进程异常退出{printf("等待成功，子进程pid:%d，子进程退出信号:%d\n",id,status&0x7F);}break;}}
}

本章的内容就到这里了，觉得对你有帮助的话就支持一下博主吧~

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这篇关于『Linux从入门到精通』第 ⑰ 期 - 那年我手执『wait』桃木剑，轻松解决僵尸进程~的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/405190。

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