Linux網(wǎng)絡(luò)編程wait()和waitpid()的詳細(xì)講解

本篇內(nèi)容介紹了“Linux網(wǎng)絡(luò)編程wait()和waitpid()的詳細(xì)講解”的有關(guān)知識，在實(shí)際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

客戶端斷開連接后，服務(wù)器端存在大量僵尸進(jìn)程。這是由于服務(wù)器子進(jìn)程終止后，發(fā)送SIGCHLD信號給父進(jìn)程，而父進(jìn)程默認(rèn)忽略了該信號。為避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生，無論我們什么時(shí)候創(chuàng)建子進(jìn)程時(shí)，主進(jìn)程都需要等待子進(jìn)程返回,以便對子進(jìn)程進(jìn)行清理。為此，我們在服務(wù)器程序中添加SIGCHLD信號處理函數(shù)。

代碼如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
#define SERV_PORT 1113
#define LISTENQ  32
#define MAXLINE 1024
/***連接處理函數(shù)***/
void str_echo(int fd);
void
sig_chld(int signo)
{
   pid_t    pid;
   int        stat;
   pid = wait(&stat);//獲取子進(jìn)程進(jìn)程號
   printf("child %d terminated\n", pid);
   return;
}
int
main(int argc, char *argv[]){
 int listenfd,connfd;
 pid_t childpid;
 socklen_t clilen;
 struct sockaddr_in servaddr;
 struct sockaddr_in cliaddr;
 //struct sockaddr_in servaddr;
 //struct sockaddr_in cliaddr;
 if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0))==-1){
    fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
    exit(1);
 }
 /* 服務(wù)器端填充 sockaddr結(jié)構(gòu)*/
 bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
 servaddr.sin_family = AF_INET;
 servaddr.sin_addr.s_addr = htonl (INADDR_ANY);
 servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
 signal(SIGCHLD,sig_chld);//處理SIGCHLD信號
 /* 捆綁listenfd描述符  */
 if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)(&servaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
   fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
   exit(1);
  }
  /* 監(jiān)聽listenfd描述符*/
   if(listen(listenfd,5)==-1){
       fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
       exit(1);
   }
 for ( ; ; )  {
   clilen = sizeof(cliaddr);
   /* 服務(wù)器阻塞,直到客戶程序建立連接  */
   if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)(&cliaddr),&clilen))<0){
       /*當(dāng)一個(gè)子進(jìn)程終止時(shí)，執(zhí)行信號處理函數(shù)sig_chld，
       而該函數(shù)返回時(shí)，accept系統(tǒng)調(diào)用可能返回一個(gè)EINTR錯誤，
       有些內(nèi)核會自動重啟被中斷的系統(tǒng)調(diào)用，為便于移植，將考慮對EINTR的處理*/
       if(errno==EINTR)
           continue;
       fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
       exit(1);
   }
   //有客戶端建立了連接后
   if ( (childpid = fork()) == 0) { /*子進(jìn)程*/
      close(listenfd);    /* 關(guān)閉監(jiān)聽套接字*/
      str_echo(connfd);   /*處理該客戶端的請求*/
      exit (0);
   }
   close(connfd);/*父進(jìn)程關(guān)閉連接套接字，繼續(xù)等待其他連接的到來*/
}
}
void str_echo(int sockfd){
   ssize_t n;
   char  buf[MAXLINE];
   again:
     while ( (n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0)
         write(sockfd, buf, n);
     if (n < 0 && errno == EINTR)//被中斷，重入
         goto again;
     else if (n < 0){//出錯
       fprintf(stderr,"read error:%s\n\a",strerror(errno));
       exit(1);
     }  
}

修改代碼后，當(dāng)客戶端斷開連接后，服務(wù)器端父進(jìn)程收到子進(jìn)程的SIGCHLD信號后，會執(zhí)行sig_chld函數(shù)，對子進(jìn)程進(jìn)行了清理，便不會再出現(xiàn)僵尸進(jìn)程。此時(shí)，一個(gè)客戶端主動斷開連接后，服務(wù)器端會輸出類似如下信息：
child 12306 terminated
wait和waitpid
上述程序中sig_chld函數(shù)，我們使用了wait()來清除終止的子進(jìn)程。還有一個(gè)類似的函數(shù)wait_pid。我們先來看看這兩個(gè)函數(shù)原型：
pid_t wait(int *status);
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
官方描述：All of these system calls are used to wait for state changes in a child of the calling process, and obtain information about  the  child  whose state  has changed.  A state change is considered to be: the child ter minated; the child was stopped by a signal; or the child was resumed by a  signal.  In the case of a terminated child, performing a wait allows the system to release the resources associated with  the  child; if  a wait  is not performed, then the terminated child remains in a "zombie" state (see NOTES below).
關(guān)于wait和waitpid兩者的區(qū)別與聯(lián)系：
The wait() system call suspends execution of the calling process  until one  of  its children terminates.  The call wait(&status) is equivalent to:
waitpid(-1, &status, 0);
The waitpid() system call suspends execution  of  the  calling  process until a child specified by pid argument has changed state.  By default, waitpid() waits only for terminated children, but this behavior is modifiable via the options argument, as described below.
　　也就是說，wait()系統(tǒng)調(diào)用會掛起調(diào)用進(jìn)程，直到它的任意一個(gè)子進(jìn)程終止。調(diào)用wait(&status)的效果跟調(diào)用waitpid(-1, &status, 0)的效果是一樣一樣的。
　　waitpid()會掛起調(diào)用進(jìn)程，直到參數(shù)pid指定的進(jìn)程狀態(tài)改變，默認(rèn)情況下，waitpid() 只等待子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。如果需要，可以通過設(shè)置options的值，來處理非終止?fàn)顟B(tài)的情況。比如：
The value of options is an OR of zero or more  of  the  following  constants:
 WNOHANG     return immediately if no child has exited.
 WUNTRACED   also  return  if  a  child  has stopped (but not traced via ptrace(2)).  Status for traced children which have  stopped is provided even if this option is not specified.
WCONTINUED (since Linux 2.6.10)also return if a stopped child has been resumed by delivery of SIGCONT.
等等一下非終止?fàn)顟B(tài)。
 現(xiàn)在來通過實(shí)例看看wait()和waitpid()的區(qū)別。
通過修改客戶端程序，在客戶端程序中一次性建立5個(gè)套接字連接到服務(wù)器，狀態(tài)如下圖所示（附代碼）：

代碼如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
#define SERV_PORT 1113
#define MAXLINE 1024
void str_cli(FILE *fp, int sockfd);
int
main(int argc, char **argv)
{
   int   i,sockfd[5];
   struct sockaddr_in servaddr;
   if (argc != 2){
       fprintf(stderr,"usage: tcpcli <IPaddress>\n\a");
       exit(0);
   }
   for(i=0;i<5;++i){//與服務(wù)器建立五個(gè)連接，以使得服務(wù)器創(chuàng)建5個(gè)子進(jìn)程
       if((sockfd[i]=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){
           fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
           exit(1);
       }
   
       /* 客戶程序填充服務(wù)端的資料*/
        bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
        servaddr.sin_family=AF_INET;
        servaddr.sin_port=htons(SERV_PORT);
        if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){
           fprintf(stderr,"inet_pton Error:%s\a\n",strerror(errno));
           exit(1);
        }
          /* 客戶程序發(fā)起連接請求*/
       if(connect(sockfd[i],(struct sockaddr *)(&servaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
           fprintf(stderr,"connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
           exit(1);
       }
   }
    str_cli(stdin, sockfd[0]);/*僅用第一個(gè)套接字與服務(wù)器交互*/
    exit(0);
}
void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
  int nbytes=0;
  char  sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
  while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){//從標(biāo)準(zhǔn)輸入中讀取一行
     write(sockfd, sendline, strlen(sendline));//將該行發(fā)送給服務(wù)器
     if ((nbytes=read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0){//從sockfd讀取從服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)
         fprintf(stderr,"str_cli: server terminated prematurely\n");
         exit(1);
     }
     recvline[nbytes]='\0';
     fputs(recvline, stdout);
  }
}

當(dāng)客戶終止時(shí)，所以打開的描述子均由內(nèi)核自動關(guān)閉，因此5個(gè)連接基本在同一時(shí)刻發(fā)生，相當(dāng)于同時(shí)引發(fā)了5個(gè)FIN發(fā)往服務(wù)器，這會導(dǎo)致5個(gè)服務(wù)器子進(jìn)程基本在同一時(shí)刻終止，從而導(dǎo)致5個(gè)SIGCHLD信號幾乎同時(shí)遞送給服務(wù)器父進(jìn)程，示意圖如下所示：

也就是說，幾乎在同一時(shí)刻，遞送5個(gè)SIGCHLD信號給父進(jìn)程，這又會僵尸進(jìn)程進(jìn)程的出現(xiàn)。因?yàn)閡nix一般不對信號進(jìn)行排隊(duì)，這就導(dǎo)致了5個(gè)SIGCHLD遞交上去，只執(zhí)行了一次sig_chld函數(shù)，剩下四個(gè)子進(jìn)程便成為了僵尸進(jìn)程。對于這種情況，正確的做法是調(diào)用waitpid()，而不是wait()。
因此，我們最后的服務(wù)器端代碼中的信號處理函數(shù)做一點(diǎn)小改動，改成如下：

代碼如下:

void
sig_chld(int signo)
{
   pid_t    pid;
   int        stat;
   while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)
       printf("child %d terminated\n", pid);
   return;
}

至此，我們解決了網(wǎng)絡(luò)編程中可能遇到的三類情況：
1.當(dāng)派生子進(jìn)程時(shí)，必須捕獲SIGCHLD信號。代碼片段：signal(SIGCHLD,sig_chld);
2.當(dāng)捕獲信號時(shí)，必須處理被中斷的系統(tǒng)調(diào)用。代碼片段：if(errno==EINTR) continue;
3.SIGCHLD信號處理函數(shù)必須編寫正確，以防出現(xiàn)僵尸進(jìn)程。代碼片段：while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)

“Linux網(wǎng)絡(luò)編程wait()和waitpid()的詳細(xì)講解”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實(shí)用文章！