🔥铅笔小新z：个人主页
🎬博客专栏：Linux学习
💫滴水不绝，可穿石；步履不休，能至渊。
一、进程终止
进程终⽌的本质是释放系统资源，就是释放进程申请的相关内核数据结构和对应的数据和代码。
1.1 进程退出的场景
- 代码运行完毕，结果正确
- 代码运行完毕，结果不正确
- 代码异常终止
main()函数的返回值，通常代表程序的执行情况：
- 结果正确返回
0 - 不正确返回
非0，即1、2、3、4、......，不同值代表不同的错误信息
在这段代码里，我们可以从打印信息中得知我们的proc程序正常运行了。
1.1.1 echo $?
但是如果将打印信息去掉，我们该如何得知程序是否正常运行呢？
那么我们就要学习一个新指令：echo $?（打印最近一个程序或进程退出时的退出码）
这个退出码也要写到当前进程的 task_struct 结构体中。
1.1.2 所有的错误信息表示
在上面的代码中，我们可以打印出所有的退出码对应的错误信息。
举例子：
可以明确当前目录中没有 hello.txt 这个文本文件，所以打印出 No such file or direcotry，对应着数字 2这个错误信息。
一个程序的执行结果由进程的退出码决定。
1.1.3 退出码无意义
c
#include<stdio.h>
int main()
{
int a = 10;
a /= 0;
return 89;
}当我们运行上面的代码，再打印退出码会出现什么？
退出码是 136 ，而我们上面打印返回值信息的时候最多就只有134个，为什么会出现136呢？
因为异常的程序退出码无意义！
1.2 程序常见退出方法
- 从
main()函数返回 - 调用
exit() - _exit
1.2.1 调用exit()
任何地方调用exit()表示程序直接结束，不返回。并返回给父进程子进程的退出码。
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
void func()
{
printf("func begin!\n");
exit(43);
printf("func end!\n");
}
int main()
{
func();
printf("main end!\n");
return 0;
}程序运行结果：
退出码打印：
从运行结果和退出码两个信息中我们可以知道，程序执行到func()函数中的exit()语句就退出了，没有返回值。
1.2.2 调用_exit()
_exit()的作用是谁调用它就终止谁。
c
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
void func()
{
printf("func begin!\n");
_exit(4);
printf("func end!\n");
}
int main()
{
func();
printf("main end!\n");
return 0;
}运行结果及退出码：
1.2.3 exit()和_exit()的区别
在讲区别之前要了解一个关于缓冲区的知识：
当我们用 printf("hello linux\n")时，hello linux是在缓冲区中的，\n就是将缓冲区中的内容刷新到显示器上，如果不刷新缓冲区，我们就无法看到hello linux这个语句。
我们先来看四组例子：
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("hello linux!\n");
sleep(2);
exit(10);
return 0;
} 这段代码的运行结果是：
\n刷新缓冲区，所以我们是先看到打印信息然后等待两秒后进程结束。
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("hello linux!");
sleep(2);
exit(10);
return 0;
} 这段代码的运行结果是：
因为没有\n刷新缓冲区，所以是等待两秒后，打印信息才出现。
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("hello linux!\n");
sleep(2);
_exit(10);
return 0;
} 这段代码运行结果是：
具体情况同第一组。
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
printf("hello linux!");
sleep(2);
_exit(10);
return 0;
} 这段代码运行结果是：
为什么跟第二组的结果不一样呢，为什么没有\n刷新缓冲区还没有出现打印信息呢？
这就是exit()和_exit()的区别所在：
exit()是库函数，进程调用exit()时，进程退出时会进行缓冲区的回收。_exit()是系统调用，进程调用_exit()时，进程退出时不会进行缓冲区的回收。
库函数和系统调用之间的关系是上下级的关系，库函数会调用相关的系统调用来完成对应任务。只有操作系统才有资格终止进程，库函数是没有资格的，所以exit()在底层也要调用_exit()来终止进程。
我们之前谈的缓冲区一定不是操作系统内部的缓冲区，是库缓冲区（C语言提供的缓冲区）。
二、进程等待
2.1 进程等待的必要性
- 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。
2.2 进程等待的方法
2.2.1 wait()
简单的说，wait() 函数不仅是为了"收尸"（防止僵尸进程），更是为了让父进程拿到子进程的"遗言"（退出状态）。
wait()返回的是目标僵尸进程的pid。
参数传什么？
- 如果你不关心子进程是怎么死的： 直接传
NULL。pid_t rid = wait(NULL);
- 如果你想知道子进程的退出细节： 传一个
int变量的地址。int status;pid_t rid = wait(&status);
2.2.1.1 创建一个僵尸进程
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
int cnt = 5;
while (cnt)
{
printf("我是一个子进程：pid : %d, ppid : %d\n", getpid(), getppid());
cnt--;
sleep(1);
}
exit(0);
}
sleep(100);
return 0;
}-
子进程在 5 秒后执行
exit(0)变成了尸体。 -
此时父进程还卡在
sleep(100)里，根本没有调用wait()帮子进程收尸。
所以在上面图片中第五秒时，子进程的状态变成了Z（僵尸进程）。
2.2.1.1 利用wait()解决僵尸进程
c
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if (id == 0)
{
int cnt = 5;
while (cnt)
{
printf("我是一个子进程：pid : %d, ppid : %d\n", getpid(), getppid());
cnt--;
sleep(1);
}
exit(0);
}
pid_t rid = wait(NULL);
if (rid > 0)
{
printf("wait success, rid : %d\n",rid);
}
sleep(10);
return 0;
}
我们来详细解释代码逻辑：
-
0 - 5秒：
-
**子进程：**在跑
while循环，每秒打印一次。 -
父进程： 卡在
wait()这一行。它像是在车站等人的接机者，子进程不出来（不退出），父进程就哪里也不去，一直等在那里。
-
-
第 5 秒左右：
-
子进程执行完循环，调用
exit(0)。 -
子进程瞬间变成僵尸状态（Z）。
-
操作系统内核监测到子进程退出了，立刻"捅"了一下正在阻塞等待的父进程，并将子进程的退出信息交给父进程。
-
-
回收瞬间：
-
父进程的
wait()拿到了子进程的 PID，并从阻塞状态醒来。 -
一旦
wait()返回，子进程的残留信息（PCB）被彻底释放，僵尸状态消失。
-
-
5秒之后：
-
父进程打印
wait success。 -
父进程开始执行它最后的
sleep(10)。
-
2.2.2 waitpid()
c
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);相比于 wait 只有一个 status 参数，waitpid 多了首尾两个参数。我们一个个看：
2.2.2.1 参数
参数一： pid (你要等谁？)
-
pid > 0：（最常用） 只等待进程 ID 等于这个pid的子进程。精准打击，别人死活我不管。 -
pid == -1：（很常用） 等待任意一个子进程。此时它的行为和wait一模一样！实际上，Linux 底层里wait(&status)其实就是封装了waitpid(-1, &status, 0)。 -
补充（稍冷门）：
pid == 0等待同一个进程组的任意子进程；pid < -1等待指定进程组的任意子进程。
参数二： status (拿到遗言)
完全和前面讲的 wait 一样，传入一个整型变量的地址，配合宏（如 WIFEXITED）来提取退出码或信号。
参数三： options (你要怎么等?)
-
0：阻塞等待（死等）。子进程不退出，父进程就卡在这里不走。 -
WNOHANG：非阻塞等待（轮询） 。HANG 的意思是挂起（卡住），NO HANG 就是不卡住。如果子进程还没死，waitpid会立刻返回 0，父进程可以继续往下执行自己的代码，干点别的事，过一会儿再回来问一句："你死了没？"。
2.2.2.2 返回值 pid_t：
结合 WNOHANG，waitpid 的返回值有三种极其重要的状态：
-
返回值
> 0： 表示收集成功，返回的是死掉的子进程的 PID。 -
返回值
== 0： 只有在WNOHANG模式下才会出现！ 表示子进程还在运行，暂时还没死，告诉父进程你可以先去忙别的。 -
返回值
< 0： 调用出错（比如你传的pid根本不是你的子进程，或者根本没有子进程了）。
2.2.2.3 深度解析status
c
1 #include<stdio.h>
2 #include<unistd.h>
3 #include<sys/types.h>
4 #include<sys/wait.h>
5 #include<stdlib.h>
6 #include<errno.h>
7 #include<string.h>
8 int main()
9 {
10 pid_t id = fork();
11 if (id == 0)
12 {
13 int cnt = 3;
14 while (cnt)
15 {
16 printf("我是一个子进程：pid : %d, ppid : %d\n", getpid(), get ppid());
17 cnt--;
18 sleep(1);
19 }
20 exit(1);
21 }
22 int status = 0;
23 pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);
24 if (rid > 0)
25 {
26 printf("wait success, rid: %d, exit code: %d\n",rid, status);
27 }
28 else
29 {
30 printf("wait failed: %d: %s\n", errno, strerror(errno));
31 }
32 return 0;
33 }
这段代码最后的退出码（exit code）是256，我们设置子进程退出码不是1吗，这是为什么？
我们来讲讲状态码 status 的底层结构。
虽然 status 是一个 32 位的 int，但通常只使用它的低 16 位（0-15位）。根据子进程是"正常退出"还是"被信号终止"，这 16 位的排布意义会有所不同：
-
正常退出：
如果子进程是通过return或exit()正常退出的：-
高 8 位 (Bits 8-15)： 存储子进程的退出码 (Exit Code)（范围 0-255）。
-
低 8 位 (Bits 0-7)： 全部为
0。
-
-
被信号终止：
如果子进程是因为收到某个信号（如SIGKILL,SIGSEGV）而被强行终止的：-
高 8 位 (Bits 8-15)： 未使用。
-
第 7 位 (Bit 7)： Core Dump 标志 。如果生成了核心转储文件，该位为
1。 -
低 7 位 (Bits 0-6)： 存储导致进程终止的信号编号 (Signal Number)（范围 1-127）。
-
如果想要得到具体的退出码的话，就要右移8位然后(&0xFF)。
此时我们设置的是exit(1)。
此时我们设置的是exit(52)。
那么低8位是什么呢，我们来看看Linux中的信号：
当进程异常退出时，低7个比特位保存的是异常时对应的信号编号。（低8位是core dump标志）
- 没有异常时，低7个比特位都是0。
- 一旦低7个比特位不是0，则是异常退出，退出码无意义。
获取进程退出时的退出信号：
status & 0x7F
通过宏提取信息：
在实际编程中，我们不应该手动进行位运算（如 status >> 8），因为不同 Unix 系统的位排布可能有细微差别。POSIX 标准定义了专门的宏（包含在 <sys/wait.h> 中）来处理这些位运算：
提取整行退出码：
WIFEXITED(status)：- 作用： 判断子进程是否正常退出。
- 底层操作： 检查低 7 位是否为 0。如果是，说明没有信号干预，返回 true（非 0）。
WEXITSTATUS(status)：- 作用： 在确认为正常退出后，提取退出码。
- 底层操作： 将
status右移 8 位，并与0xFF取交集（(status >> 8) & 0xFF），提取出第 8-15 位的值。
提取信号退出码：
WIFSIGNALED(status)：- 作用： 判断子进程是否因为未捕获的信号而终止。
- 底层操作： 检查低 7 位是否大于 0 且低 8 位不等于 0x7F（0x7F 是进程暂停的标志）。如果是，返回 true。
WTERMSIG(status)：- 作用： 在确认为信号终止后，提取信号编号。
- 底层操作： 将
status与0x7F取交集（status & 0x7F），屏蔽掉高位和第 7 位（core dump 位），只保留低 7 位。
2.2.2.4 阻塞与非阻塞等待
在 Linux 系统编程中，父进程创建子进程后，常常需要知道子进程什么时候结束、结果如何。waitpid 就是用来做这件事的。
它的第三个参数 options 决定了父进程在等待时的行为。最核心的区别就是：父进程是"死等"还是"抽空看一眼"。
2.2.2.4.1 阻塞等待 ------"不见不散"
阻塞等待是 waitpid 的默认行为。当你把第三个参数设置为 0 时，父进程就会进入阻塞状态。
- 工作原理： 父进程调用
waitpid后，如果指定的子进程还在运行，操作系统会将父进程挂起（从 CPU 的运行队列移出，放入等待队列），父进程进入睡眠状态。直到子进程退出并变成"僵尸进程（Zombie）"，操作系统才会唤醒父进程去回收它。 - 返回值：
> 0：成功，返回退出的子进程的 PID。0：表示子进程还在运行，尚未退出。-1：出错（如查无此进程）。
- 优点： 父进程不会被卡住，可以一边执行自身任务，一边兼顾子进程的状态，实现并发。
- 缺点： 为了确保最终能回收子进程（防止产生孤儿 / 僵尸进程），通常需要结合 轮询 或者信号机制 来使用，代码复杂度较高。
典型代码范例（轮询方式）：
c
// 父进程不断地用 WNOHANG 去"问"子进程有没有死
while (1)
{
pid_t wait_ret = waitpid(child_pid, &status, WNOHANG);
if (wait_ret == 0)
{
printf("子进程还在跑，父进程先去干点别的事...\n");
sleep(1); // 模拟父进程执行其他任务，避免 CPU 100% 空转
} else if (wait_ret == child_pid)
{
printf("子进程 %d 终于退出了，回收完毕！\n", wait_ret);
break; // 退出轮询
} else
{
perror("waitpid error");
break;
}
}总结
进程控制（上）到这里就暂时结束了。
