深度辨析wait函数和信号机机制

本文主要是介绍深度辨析wait函数和信号机机制，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！

我们都知道父进程通过wati系统调用等待子进程结束，处理僵死的子进程，但是其其内部机制到底如何？这篇博客将带你深度探索wait机制，并顺便解释了有关Linux信号的相关问题。

首先明确wait的作用：遍历所有子进程，处理一个处于僵死状态的子进程，如果没有僵死子进程，阻塞等待。如果根本就没有子进程，立刻返回-1，并设定相应的errno。综上不难看出，有wait的调用次数应该至少是子进程数，不然有僵死子进程得不到处理。wait调用次数超过子进程数没有大问题，因为立即返回-1。

其次，我们来看一下子进程退出是干了些什么。首先检查自己的父进程是否将SIGCHLD对应的处理函数设定为了SIG_IGN（使用signal(SIGCHLD，SIG_IGN);进行设定）。如果设定，子进程直到父进程根本不关心自己，直接自我了断（也不会进行什么init托管）。这里需要强调的几点：

这里是说使用signal API将处理函数设定为忽略SIG_IGN，直接不进行任何处理，有别于信号屏蔽。信号屏蔽只是暂时不deliver信号，将信号挂到pending队列中，等屏蔽解除，依然会处理。
SIGCHLD默认情况下也就是SIG_DFL处理方式是什么都不做。会进入信号处理函数，只是这个函数什么都没有干

如果父进程没有SIG_IGN，先发送信号SIGCHLD（将SIGCHLD信号放到父进程的pending队列中），之后检查父进程是否阻塞在wait上，如果是，则将父进程唤醒（设定为RUNNING）。

内核代码如下：

//子进程向父进程发送信号
if(valid_signal(sig) && sig)_group_send_sig_info(sig,&info,tsk->parent);
//子进程尝试唤醒父进程，如果父进程正在等待其终止
__wake_up_parent(tsk,tsk->parent);

最后，来看一下父进程。父进程分两种情况：

父进程wait阻塞：由于前面所诉，子进程将父进程从阻塞队列上拆除，并置为RUNNING，父进程继续执行wait逻辑，也就是遍历所有子进程，找到一个僵死的进行处理，并返回。这里再简单介绍一下wait的内部逻辑：先遍历所有子进程，如果有僵死的直接处理并返回，如果没有则进行阻塞，被唤醒后再遍历一次如果有僵死则处理，依然有可能没有僵死子进程（被其他信号唤醒），继续阻塞等待。
父进程设定了signl处理函数，在信号处理函数中进行wait：在每次进程调度检查时，内核会检查对应的进程的pending队列上是否有信号，如果有，进行相应的信号处理。什么时候回进行调度检查呢？时钟中断、进程从阻塞状态返回时、新进程创建三种情况。

接下来通过一个小实验来证明一下上述流程。

我们现在父进程中设定一个SIGCHLD的处理函数，里面进行wait，之后fork子进程，父进程在自己的主逻辑中使用wait等待。代码如下：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
using namespace std;
void fun(int signum){cout<<"in handle ,signal is: "<<signum<<endl;if(wait(nullptr)<0)cout<<strerror(errno)<<endl;cout<<"out handle"<<endl;
}int main(){signal(SIGCHLD,&fun);int ret=fork();if(ret==0){cout<<"create child success"<<endl;return 0;}else{cout<<"wait success ,child id is: "<<wait(nullptr)<<endl;}return 0;
}

如果上面的论述正确，子进程唤醒父进程，处理僵死状态的子进程，之后由于SIGCHLD还在pending队列上，还会触发一次信号处理函数，里面又调用了一次wait，这时由于已经没有子进程了，所以返回-1。运行后可见结果一致：

这里有一个令人迷惑的地方就是wait success在信号处理函数之后，我猜想的原因是在wait函数处理完僵死子进程后，但是还没有返回，内核进行了一次调度，执行信号函数。。。是不是有点眼熟？前面说过内核会在阻塞函数返回时进行调度。但是也可能是处理完僵死子进程后，返回前遇到一个时钟中断，具体原因不得而知。

为了进一步说明正确性，再将实验升级，代码如下，主要涉及两个子进程，第二个子进程不返回：

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
using namespace std;
void fun(int signum){cout<<"in handle ,signal is: "<<signum<<endl;if(wait(nullptr)<0)cout<<strerror(errno)<<endl;cout<<"out handle"<<endl;
}int main(){signal(SIGCHLD,&fun);int ret=fork();if(ret==0){cout<<"create child success"<<endl;return 0;}ret=fork();if(ret==0){while(true);}cout<<"wait success ,child id is: "<<wait(nullptr)<<endl;return 0;
}

先预判一下会发生什么。父进程被唤醒，处理完僵死进程后，返回前由于受到信号，执行信号函数，里面的wait会被阻塞，因为第二个子进程还没返回。效果如下：