waitpid()函数详解

一、前言

首先在了解waitpid()函数之前，我们需要先明确以下几个概念。

1.进程状态

从程序员的角度，我们可以认为进程总是处于下面三种状态之一：

（1）运行。进程要么在CPU上执行，要么在等待被执行且最终会被内核调度。

（2）停止。进程的执行被挂起（suspended），且不会被调度。当收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或者SIGTTOU信号时，进程就停止，并且保持停止直到他收到一个SIGCONT信号，在这个时刻，进程再次开始运行。

（3）终止。进程永远的停止了。进程会因为三种原因终止：第一、收到一个信号，信号的默认行为是终止进程。第二、从主程序返回。第三、调用exit函数

2.回收子进程

当一个进程由于某种原因终止时，内核并不是立即把它从系统中清除。相反，进程被保持在一种已终止的状态中，直到被它的父进程回收(reaped)。当父进程回收已终止的子进程时，内核将子进程的退出状态传递给父进程，然后抛弃已终止的进程，从此时开始，该进程就不存在了。一个终止了但还未被回收的进程称为僵死进程 (zombie)。如果一个进程在回收他的子进程之前就终止了，那他的子进程被称为孤儿进程。

如果一个父进程终止了，内核会安排 init 进程成为它的孤儿进程的养父。init进程的 PID 为 1, 是在系统启动时由内核创建的，它不会终止，是所有进程的祖先。如果父进程没有回收它的僵死子进程就终止了，那么内核会安排 init 进程去回收它们。不过，长时间运行的程序，比如 shell 或者服务器，总是应该回收它们的僵死子进程。即使僵死子进程没有运行，它们仍然消耗系统的内存资源。
一个进程可以通过调用 waitpid 函数来等待它的子进程终止或者停止。

二、waitpid()函数详解

pid_t waitpid (pid_t pid, int* statusp, int options);
返回 :如果成功，则为子进程的PID，如果options为WNOHANG，则返回0，如果发生其他错误，则返回-1。

waitpid函数有点复杂。默认情况下 (当 options=0 时 )，waitpid挂起调用进程的执行，直到它的等待集合 (wait set) 中的一个子进程终止。如果等待集合中的一个进程在刚调用的时刻就已经终止了，那么 waitpid 就立即返回。在这两种情况中，waitpid返回导致 waitpid 返回的已终止子进程的PID此时，已终止的子进程已经被回收，内核会从系统中删除掉它的所有痕迹。
1. 判定等待集合的成员
等待集合的成员是由参数 pid 来确定的：

（1）如果Pid>0，那么等待集合就是一个单独的子进程 ,它的进程 ID 等于 pid。
（2）如果Pid=-1，那么等待集合就是由父进程所有的子进程组成的。
2. 修改默认行为
        可以通过将 options 设置为常量 WNOHANG、WUNTRACED 和 WCONTINUED
的各种组合来修改默认行为：
WNOHANG: 如果等待集合中的任何子进程都还没有终止，那么就立即返回(返回值为0)。默认的行为是挂起调用进程，直到有子进程终止。在等待子进程终止的同时，如果还想做些有用的工作，这个选项会有用。
WUNTRACED: 挂起调用进程的执行，直到等待集合中的一个进程变成已终止或者被停止。返回的PID 为导致返回的已终止或被停止子进程的 PID。默认的行为是只返回已终止的子进程。当你想要检査已终止和被停止的子进程时，这个选项会有用。
WCONTINUED: 挂起调用进程的执行，直到等待集合中一个正在运行的进程终止或等待集合中一个被停止的进程收到 SIGCONT 信号重新开始执行。
        可以用或运算把这些选项组合起来。例如：WNOHANG | WUNTRACED: 立即返回，如果等待集合中的子进程都没有被停止或终止，则返回值为0: 如果有一个停止或终止，则返回值为该子进程的 PID。
3. 检查已回收子进程的退出状态
        如果statusp参数是非空的，那么waitpid就会在 status 中放上关于导致返回的子进程的状态信息， status是statusp指向的值。 wait.h头文件定义了解释status参数的几个宏:
WIFEXITED(status)：如果子进程通过调用 exit 或者一个返回 (return) 正常终止，就返回真。
WEXITSTATUS(status)：返回一个正常终止的子进程的退出状态。只有在WIFEXITED()返回为真时，才会定义这个状态。
WIFSIGNALED(status)：如果子进程是因为一个未被捕获的信号终止的，那么就返回真。
WTERMSIG(status)：返回导致子进程终止的信号的编号。只有在 WIFSIGNALED()返回为真时，才定义这个状态。
WIFSTOPPED(status)：如果引起返回的子进程当前是停止的，那么就返回真。
WSTOPSIG(status)：返回引起子进程停止的信号的编号。只有在 WIFSTOPPED()返回为真时，才定义这个状态。
WIFCONTINUED(status)：如果子进程收到SIGCONT信号重新启动，则返回真。
4. 错误条件
        如果调用进程没有子进程，那么waitpid返回-1, 并且设置 errno为ECHILD。如果waitpid函数被一个信号中断，那么它返回-1，并设置errno为EINTR。

注意，程序不会按照特定的顺序回收子进程。子进程回收的顺序是这台特定的计算机系统的属性。在另一个系统上，甚至在同一个系统上再执行一次，两个子进程都可能以相反的顺序被回收。这是非确定性行为的一个示例，这种非确定性行为使得对并发进行推理非常困难。两种可能的结果都同样是正确的，作为一个程序员，我们绝不可以假设总是会出现某一个结果，无论多么不可能出现另一个结果。唯一正确的假设是每一个可能的结果都同样可能出现。