进程的状态码

1. exit()和_exit()函数

1.1 缓冲区刷新

• 缓冲区满了，系统强制刷新。
• 程序正常结束：由exit()或main()函数正常返回（两者是一样的，在main()函数中，return()会替换为exit()），在普通函数return返回不会触发缓冲区的刷新。
• 行缓存：当设置了换行符，会进行缓冲区刷新。
• 关闭文件：先将数据刷新到文件再关闭。

1.2 exit()函数

定义

C 库函数 void exit(int status) 立即终止调用进程。任何属于该进程的打开的文件描述符都会被关闭，该进程的子进程由进程 1 继承，初始化，且会向父进程发送一个 SIGCHLD 信号，父进程会默认忽略该信号，导致子进程变为僵尸进程。

status为0，表示正常退出，status>0，表示异常退出。

int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        cout<<"我是子进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
        exit(0);
    }
    cout<<"我是父进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
    return 0;
}

现象：子进程通过exit()函数刷新缓冲区，父进程通过return函数刷新缓冲区。

1.3 _exit()函数

定义

_exit(int status)是一个系统调用，它直接请求内核立即终止当前进程。

int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        cout<<"我是子进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
        _exit(0);
    }
    cout<<"我是父进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
    return 0;
}

现象：我们没有换行符（没有行缓存），再进程结束时，父进程（main()函数内）通过return（exit()）成功刷新了缓存区，但子进程的数据没有被刷新。

1.4 exit和_exit区别

void exit(int status)

1. 执行清理工作（刷新缓冲区、调用atexit函数等）
2. 将status传递给操作系统,由父进程的wait或waitpid接收。
3. 终止进程，它不需要返回值，因为执行完后进程就结束了

_exit：立即终止一个进程，直接进入内核，不做任何清理工作。

1.5 main函数中的返回值

|-------|-----------|----------|
| 特性 | return 1; | exit(1); |
| 程序终止 | 是 | 是 |
| 返回状态码 | 1 | 1 |
| 清理工作 | 执行 | 执行 |
| 效果 | 相同 | 相同 |

技术细节：在 main 函数中，return 语句实际上会被编译器转换为对 exit 的调用，所以最终效果是一样的。

1.6 _exit()使用场景

最主要的场景是用fork()创建子进程。

为什么在子进程里用 _exit

• 避免缓冲区的重复刷新：在 fork() 之后，子进程会继承父进程的所有I/O缓冲区。如果子进程调用了_exit()，它会刷新并关闭这些缓冲区。当父进程后来也调用 exit() 时，它会尝试再次刷新并关闭同一个缓冲区，这可能会导致数据混乱或程序崩溃。
• 避免调用父进程的退出处理函数：子进程也会继承父进程通过 atexit() 注册的函数。如果子进程调用了 exit()，它会执行这些原本为父进程准备的清理函数，这很可能是不正确甚至危险的。 因此，在子进程中，通常直接使用 _exit 来立即退出，避免干扰父进程的状态。

当子进程使用exit()退出

结果可能和我们预期的一样，但当父进程尝试关闭一个已经被子进程关闭了的文件描述符时，行为是未定义的。在某程序崩溃。输出混乱（同一段数据被输出两次）。没有任何问题（取决于操作系统如何管理文件描述符），但这种不确定性是致命的。

2. 退出状态码

2.1 定义

本身是一个数字，不同数值有对应的状态，用于在父进程回收子进程是告诉父进程执行的结果。

2.2 查看状态码

• 使用echo $?：查看最近某个进程的退出状态码。

  int main(int argc,char* argv[],char* env[])
  {
  pid_t id=fork();
  if(id==0)
  {
  cout<<"我是子进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
  _exit(2);
  }
  cout<<"我是父进程,pid = "<<getpid()<<" ppid() = "<<getppid();
  return 3;
  }

• 使用strerror查看所有退出状态码对应的问题。

  int main(int argc,char* argv[],char* env[])
  {
  int i=0;
  while(i<200)
  {
  cout<<i<<"对应的问题是: "<<strerror(i++)<<endl;
  }
  return 0;
  }

可以看到一共有134个退出状态码，1--->133代表了异常退出状态。

3. wait和waitpid函数

父进程需要获取子进程的退出状态需要调用wait或waitpid函数。

3.1 函数参数

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不能简单的当作整形来看待，可以当作位图来看待。

3.2 wait函数

直接获取子进程的退出状态码

int main(int argc,char* argv[],char* env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        sleep(3);
        cout<<"我是子进程: "<<getpid()<<endl;
        _exit(0);
    }
    int* status;
    wait(status);
    cout<<"我是父进程: "<<getpid()<<endl;
}

子进程先等待3秒，父进程直接执行，但子进程先打印，说明wait会阻塞式等待子进程。

3.3 waitpid函数

指定等待子进程的pid，输出型参数statue获取退出状态码，options指定等待的类型。

pid: 指定要等待的子进程。

• pid > 0: 等待指定 PID 的子进程。
• pid == 0: 等待当前进程组中的任意子进程。
• pid == -1: 等待任意子进程（等同于 wait）。
• pid < -1: 等待指定进程组 ID 等于pid绝对值的任意子进程。

options: 控制函数行为的选项。

• options=0：堵塞状态，要等到waitpid调用成功并且子函数退出，父进程开始进行
• WNOHANG(wait no hang)：非阻塞模式，如果没有子进程状态变化，立即返回。
• WUNTRACED：返回因信号暂停的子进程状态。
• WCONTINUED：返回因信号恢复的子进程状态。

返回值

• ret>0：wait成功，子进程退出
• ret==0 wait成功, 子进程没有退出(父进程不等待，直接返回)
• ret==-1 waitpid函数调用失败

代码测试

我们使用轮询的方式，当子进程没有退出的时候，父进程可以先解决其他的事情。

int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        sleep(3);
        cout << "我是子进程: " << getpid() << endl;
        _exit(0);
    }
    int *status;
    while (1)
    {
        int ret=waitpid(id, status, WNOHANG);
        if(ret>0)
        {
            cout<<"等待成功,子进程结束"<<endl;
            break;
        }
        else if(ret==0)
        {
            cout<<"等待成功,子进程没有结束,做点其他事"<<endl;
        }
        else
        {
            cout<<"等待失败"<<endl;
            break;
        }
        sleep(1);
    }
}

4. status解析

status一共有16位，高8位是退出码，低7位是终止信号（当程序被kill时设置），当终止信号不为0时，退出码才有效。

代码获取status

int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        _exit(3);
    }
    int status=0;
    waitpid(id,&status,0);
    cout<<"status: "<<status<<"  exit_code: "<<(status>>8)<<"  sign_code: "<<(status&0x7f)<<endl;
}

运行异常，返回sign_code，exit_code=0,此时退出码没有意义，初始化为0。

代码实现除0错误

int main(int argc, char *argv[], char *env[])
{
    pid_t id=fork();
    if(id==0)
    {
        int b=0;
        cout<<2/b<<endl;  //-------------->子进程终止
        _exit(3);
    }
    int status=0;
    waitpid(id,&status,0);
    cout<<"status: "<<status<<"  exit_code: "<<(status>>8)<<"  sign_code: "<<(status&0x7f)<<endl;
}

SIGFPE: Signal Float-point Exception 浮点异常信号。

可以看到，设置了sign_code = 8，exit_code默认为0。

5. 进程等待

5.1 内核组织结构体

当子进程结束运行会进入僵尸状态，并将 exit_code和sign_code保存在PCB中，父进程等待的过程就是将子进程中的exit_code和sign_code 保存在自己的status中。

5.2 为什么需要进程等待

父进程结束后，僵尸进程会被系统自动清理，但如果父进程需要长期运行，为了避免内存泄漏，就需要进程等待除去僵尸进程。

• 从进程表中移除僵尸进程条目
• 释放进程ID和其他系统资源
• 获取子进程的退出状态信息
• 彻底消除僵尸状态