詳解wait和waitpid函數

#include <sys/types.h> /* 提供類型pid_t的定義 */
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status)
進程一旦調用了wait，就當即阻塞本身，由wait自動分析是否當前進程的某個子進程已經退出，若是讓它找到了這樣一個已經變成殭屍的子進程，wait就會收集這個子進程的信息，並把它完全銷燬後返回；若是沒有找到這樣一個子進程，wait就會一直阻塞在這裏，直到有一個出現爲止。
參數status用來保存被收集進程退出時的一些狀態，它是一個指向int類型的指針。但若是咱們對這個子進程是如何死掉的絕不在乎，只想把這個殭屍進程消滅掉，（事實上絕大多數狀況下，咱們都會這樣想），咱們就能夠設定這個參數爲NULL，就象下面這樣：
pid = wait(NULL);
若是成功，wait會返回被收集的子進程的進程ID，若是調用進程沒有子進程，調用就會失敗，此時wait返回-1，同時errno被置爲ECHILD。
wait調用例程：
/* 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) /* 若是出錯 */
               printf("error ocurred!/n");
       else if(pc==0){ /* 若是是子進程 */
               printf("This is child process with pid of %d/n",getpid());
              sleep(10); /* 睡眠10秒鐘 */
            }
        else{ /* 若是是父進程 */
               pr=wait(NULL); /* 在這裏等待 */
              printf("I catched a child process with pid of %d/n"),pr);
        }
       exit(0);
}
編譯並運行:
$ gcc wait1.c -o wait1
$ ./wait1
This is child process with pid of 1508
I catched a child process with pid of 1508
能夠明顯注意到，在第2行結果打印出來前有10 秒鐘的等待時間，這就是咱們設定的讓子進程睡眠的時間，只有子進程從睡眠中甦醒過來，它才能正常退出，也就才能被父進程捕捉到。其實這裏咱們無論設定子進程睡眠的時間有多長，父進程都會一直等待下去，讀者若是有興趣的話，能夠試着本身修改一下這個數值，看看會出現怎樣的結果。
參數status：
若是參數status的值不是NULL，wait就會把子進程退出時的狀態取出並存入其中，這是一個整數值（int），指出了子進程是正常退出仍是被非正常結束的（一個進程也能夠被其餘進程用信號結束，咱們將在之後的文章中介紹），以及正常結束時的返回值，或被哪個信號結束的等信息。因爲這些信息被存放在一個整數的不一樣二進制位中，因此用常規的方法讀取會很是麻煩，人們就設計了一套專門的宏（macro）來完成這項工做，下面咱們來學習一下其中最經常使用的兩個：
1、WIFEXITED(status) 這個宏用來指出子進程是否爲正常退出的，若是是，它會返回一個非零值（請注意，雖然名字同樣，這裏的參數status並不一樣於wait惟一的參數---指向整數的指針status，而是那個指針所指向的整數，切記不要搞混了）
2、WEXITSTATUS(status) 當WIFEXITED返回非零值時，咱們能夠用這個宏來提取子進程的返回值，若是子進程調用exit(5)退出，WEXITSTATUS(status) 就會返回5；若是子進程調用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就會返回7。請注意，若是進程不是正常退出的，也就是說， WIFEXITED返回0，這個值就毫無心義。
下面經過例子來實戰一下咱們剛剛學到的內容：
/* 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) /* 若是出錯 */
               printf("error ocurred!/n");
        else if(pc==0){ /* 子進程 */
               printf("This is child process with pid of %d./n",getpid());
               exit(3); /* 子進程返回3 */
        }
        else{ /* 父進程 */
               pr=wait(&status);
               if(WIFEXITED(status)){ /* 若是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 /* 若是WIFEXITED返回零 */
                   printf("the child process %d exit abnormally./n",pr);
        }
}
編譯並運行:
$ 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.
父進程準確捕捉到了子進程的返回值3，並把它打印了出來。
固然，處理進程退出狀態的宏並不止這兩個，但它們當中的絕大部分在平時的編程中不多用到，就也不在這裏浪費篇幅介紹了，有興趣的讀者能夠本身參閱Linux man pages去了解它們的用法。
進程同步：
有時候，父進程要求子進程的運算結果進行下一步的運算，或者子進程的功能是爲父進程提供了下一步執行的先決條件（如：子進程創建文件，而父進程寫入數據），此時父進程就必須在某一個位置停下來，等待子進程運行結束，而若是父進程不等待而直接執行下去的話，能夠想見，會出現極大的混亂。這種狀況稱爲進程之間的同步，更準確地說，這是進程同步的一種特例。進程同步就是要協調好2個以上的進程，使之以安排好地次序依次執行。解決進程同步問題有更通用的方法，咱們將在之後介紹，但對於咱們假設的這種狀況，則徹底能夠用wait系統調用簡單的予以解決。請看下面這段程序：
#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){
                /* 子進程的工做 */
                exit(0);
        }else{
               /* 父進程的工做 */
               pr=wait(&status);
              /* 利用子進程的結果 */
        }
}
這段程序只是個例子，不能真正拿來執行，但它卻說明了一些問題，首先，當fork調用成功後，父子進程各作各的事情，但當父進程的工做告一段落，須要用到子進程的結果時，它就停下來調用wait，一直等到子進程運行結束，而後利用子進程的結果繼續執行，這樣就圓滿地解決了咱們提出的進程同步問題。
waitpid系統調用在Linux函數庫中的原型是：
#include <sys/types.h> /* 提供類型pid_t的定義 */
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)
從本質上講，系統調用waitpid和wait的做用是徹底相同的，但waitpid多出了兩個可由用戶控制的參數pid和options，從而爲咱們編程提供了另外一種更靈活的方式。下面咱們就來詳細介紹一下這兩個參數：
pid：從參數的名字pid和類型pid_t中就能夠看出，這裏須要的是一個進程ID。但當pid取不一樣的值時，在這裏有不一樣的意義。
         pid>0時，只等待進程ID等於pid的子進程，無論其它已經有多少子進程運行結束退出了，只要指定的子進程尚未結束，waitpid就會一直等下去。
         pid=-1時，等待任何一個子進程退出，沒有任何限制，此時waitpid和wait的做用如出一轍。
         pid=0時，等待同一個進程組中的任何子進程，若是子進程已經加入了別的進程組，waitpid不會對它作任何理睬。
         pid<-1時，等待一個指定進程組中的任何子進程，這個進程組的ID等於pid的絕對值。
options：options提供了一些額外的選項來控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED兩個選項，這是兩個常數，能夠用"|"運算符把它們鏈接起來使用，好比：
ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);
若是咱們不想使用它們，也能夠把options設爲0，如：
ret=waitpid(-1,NULL,0);
若是使用了WNOHANG參數調用waitpid，即便沒有子進程退出，它也會當即返回，不會像wait那樣永遠等下去。
而WUNTRACED參數，因爲涉及到一些跟蹤調試方面的知識，加之極少用到，這裏就很少費筆墨了，有興趣的讀者能夠自行查閱相關材料。
看到這裏，聰明的讀者可能已經看出端倪了：wait不就是通過包裝的waitpid嗎？沒錯，察看<內核源碼目錄>/include/unistd.h文件349-352行就會發現如下程序段：
static inline pid_t wait(int * wait_stat)
{
    return waitpid(-1,wait_stat,0);
}
返回值和錯誤
waitpid的返回值比wait稍微複雜一些，一共有3種狀況：
          1、當正常返回的時候，waitpid返回收集到的子進程的進程ID；
          2、若是設置了選項WNOHANG，而調用中waitpid發現沒有已退出的子進程可收集，則返回0；
          3、若是調用中出錯，則返回-1，這時errno會被設置成相應的值以指示錯誤所在；
當pid所指示的子進程不存在，或此進程存在，但不是調用進程的子進程，waitpid就會出錯返回，這時errno被設置爲ECHILD；
/* waitpid.c */
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
main()
{
        pid_t pc, pr;
 
        pc=fork();
        if(pc<0) /* 若是fork出錯 */
               printf("Error occured on forking./n");
        else if(pc==0){ /* 若是是子進程 */
               sleep(10); /* 睡眠10秒 */
              exit(0);
        }
        /* 若是是父進程 */
       do{
               pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG參數，waitpid不會在這裏等待 */
               if(pr==0){ /* 若是沒有收集到子進程 */
                  printf("No child exited/n");
                   sleep(1);
               }
        }while(pr==0); /* 沒有收集到子進程，就回去繼續嘗試 */
        if(pr==pc)
               printf("successfully get child %d/n", pr);
        else
               printf("some error occured/n");
}
編譯並運行：
$ cc waitpid.c -o waitpid
$ ./waitpid
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
No child exited
successfully get child 1526
父進程通過10次失敗的嘗試以後，終於收集到了退出的子進程。
由於這只是一個例子程序，不便寫得太複雜，因此咱們就讓父進程和子進程分別睡眠了10秒鐘和1秒鐘，表明它們分別做了10秒鐘和1秒鐘的工做。父子進程都有工做要作，父進程利用工做的簡短間歇察看子進程的是否退出，如退出就收集它。
提示：能夠嘗試在最後一個例子中把pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); 改成pr=waitpid(pc, NULL, 0);或者pr=wait(NULL);看看運行結果有何變化？（修改後的結果使得父進程將本身阻塞，直到有子進程退出爲止！）