进程等待与退出

前言

我们在编写程序的时候，我们往往需要知道这个程序中的某个进程执行情况是怎么样的，在Linux平台下有"退出码"、"退出信号"来描述进程退出的结果，退出的结果会返回给该进程的父进程，对于云服务器来说实际上就是将我们搭载主函数的进程返回bash进程，那么对于我们主函数中创建的一级子进程，进程的结果自然就会返回给我们的主函数。本文要讨论的就是进程如何返回给父进程退出结果，以及推出结果有什么作用。

0.进程如何退出

一个进程有多种退出方式（部分）：

①进程运行出错，被强制终止

②对进程发送信号，让进程终止

③使用exit()函数，进程返回结束

④return，函数返回结束

注意：进程一旦退出就一定有对应的退出码（与主函数的return返回值类似）

1.进程status的获取

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

    if(id==0)
    {
        exit(1);
    }
    int status;
    pid_t rid=waitpid(id,&status,0);
    std::cout<<"status: "<<status<<std::endl;
    return 0;
}

在这个示例代码中我们使用fork创建一个子进程并让其使用exit()，让子进程返回，其中返回值为1

pid_t waitpid(pid_t id,int &status,int option)
//等待成功返回等待进程的pid，
传入三个参数，
第一个参数表示要等待进程的id，
第二个参数是一个输出型参数，该参数会获得等待进程的进程退出状态码
第三个参数是关于如何等待的选择，0表示阻塞等待。

图1 程序运行结果

2.进程status的组成

图2 status数据分布

进程status是一个32位的整数，其中这个整数的高16位不被使用全部被设置为0。对于该整数的低16位，其中的高8位用来存储进程的返回值，就是我们上文说到的使用exit()函数返回的值。其中的低8位，其中的低7位用来储存该进程接收到的信号，低8位的最高位用来存储core dump表示位。

在子进程没有接收到信号的时候，低16位中的高8位被允许使用。当子进程受到来自操作系统的信号的时候，高8位的内容就会失效。

core dump标识位（在博主的信号讲解部分还会在提到）：这个标识位表示是否在文件异常或出错的时候，是否生成核心转储文件(core dump file)。这个文件中的内容可以帮助程序员对错误和异常进行分析，但是这个文件中可能包含用户的登入信息，会造成用户信息泄露，所以通常情况这个表示位是关闭的。即此bit位为0（本文默认关闭，即此bit为0）。

3.退出status的分用与验证

在第2部分中我们介绍了进程status的数据组成，本本分来进行验证。该部分分为两部分进行验证。

先让子进程使用exit()函数进行退出，此时代码可以在不发送信号的情况下正常退出，所以信号接收部分为0，同时我们没有开启core dump标识位，所以整体低八位应该为0。

而后验证，发送信号到进程对进程status码低7位的影响。验证此部分，将子进程中注释的死循环打开，在该死循环中，我们获取子进程的pid，有了子进程的pid我们就可以向该进程发送信号。编译运行程序，我们这里假设向子进程发送9号信号（该信号可以强制终止进程）。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

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

    if(id==0)
    {
        // while(1)
        // {
        //     std::cout<<"i am childpid , my pid is "<<getpid()<<std::endl;
        // }
        exit(1);
    }
    int status;
    pid_t rid=waitpid(id,&status,0);
    std::cout<<"status: "<<status<<std::endl;

    //打印高八位内容
    std::cout<<"high_eight_bits: "<<((status>>8)&0xff)<<std::endl;
    
    //打印低八位内容
    std::cout<<"low_eight_bits: "<<(status&0xff)<<std::endl;
    
    //打印第八位中的最高位内容
    std::cout<<"highest_low_eight_bit: "<<((status>>7)&1)<<std::endl;

    return 0;
}

图3 对进程退出码高八位进行验证
图4 对进程发送信号验证其退出码中的低7位信息

对于图3结果，可做如下解释：
图5 对图3、图4结果解释

注意：这里进程的返回为什么使用exit()，而不使用return，这是因为，return是对函数的值返回，假如子进程调用了其他函数，其他函数可通过return返回一个值，但是子进程不会直接退出执行流。但是使用exit()，即使是exit()在被调用的函数中，也会立即令进程返回。当然exit与return在本部分所展示的代码中的子进程返回表现没有差异。

4.解释一下errno与waitpid输中status参数的关系

先说结论：二者没有任何关系

errno是在进程执行库函数和系统调用的时候被设置的，用来表明程序中的错误，本质上是一个与进程同级的全局变量，可以用来进行错误提示、区分错误类型、跨函数传递错误信息。

status是属于进程的一个变量，创建在父进程中，数据来源于子进程，由操作系统进行字段的填充与组合。本质上是一种进程间通信的手段，可以让父进程获取子进程的退出状态。

5.status设计

子进程的等待值实际上是由程序员和操作系统共同维护的，当在进程中出现一些操作系统可容许的错误时，这个时候进程不会崩溃，也就是我们常说的程序运行时错误，比如缺少某些资源，但是不足以让程序崩溃，这个时候子进程的返回值主要由子进程的返回值来控制，程序员在编写代码时，可自行编写一份错误手册，并按照一定的编码方式将这个值返回，而后又操作系统写入status中。但，当进程发生操作系统不可容忍的操作时，比如除0错误、越权访问等，这个时候操作系统会立即出手并向进程发送信号，对进程进行处理，此时程序员设置的错误信息无效，子进程的返回值由操作系统主导。

按照图2中status的表现形式，我们可以做如下推断：
图6 进程返回与信号与运行结果的关系