Linux網絡編程wait()和waitpid()的詳細講解

本篇內容介紹了“Linux網絡編程wait()和waitpid()的詳細講解”的有關知識，在實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大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

客戶端斷開連接后，服務器端存在大量僵尸進程。這是由于服務器子進程終止后，發送SIGCHLD信號給父進程，而父進程默認忽略了該信號。為避免僵尸進程的產生，無論我們什么時候創建子進程時，主進程都需要等待子進程返回,以便對子進程進行清理。為此，我們在服務器程序中添加SIGCHLD信號處理函數。

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***/
void str_echo(int fd);
void
sig_chld(int signo)
{
   pid_t    pid;
   int        stat;
   pid = wait(&stat);//獲取子進程進程號
   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);
 }
 /* 服務器端填充 sockaddr結構*/
 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);
   /* 服務器阻塞,直到客戶程序建立連接  */
   if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)(&cliaddr),&clilen))<0){
       /*當一個子進程終止時，執行信號處理函數sig_chld，
       而該函數返回時，accept系統調用可能返回一個EINTR錯誤，
       有些內核會自動重啟被中斷的系統調用，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) { /*子進程*/
      close(listenfd);    /* 關閉監聽套接字*/
      str_echo(connfd);   /*處理該客戶端的請求*/
      exit (0);
   }
   close(connfd);/*父進程關閉連接套接字，繼續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，當客戶端斷開連接后，服務器端父進程收到子進程的SIGCHLD信號后，會執行sig_chld函數，對子進程進行了清理，便不會再出現僵尸進程。此時，一個客戶端主動斷開連接后，服務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，我們使用了wait()來清除終止的子進程。還有一個類似的函數wait_pid。我們先來看看這兩個函數原型：
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).
關于wait和waitpid兩者的區別與聯系：
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()系統調用會掛起調用進程，直到它的任意一個子進程終止。調用wait(&status)的效果跟調用waitpid(-1, &status, 0)的效果是一樣一樣的。
　　waitpid()會掛起調用進程，直到參數pid指定的進程狀態改變，默認情況下，waitpid() 只等待子進程的終止狀態。如果需要，可以通過設置options的值，來處理非終止狀態的情況。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.
等等一下非終止狀態。
 現在來通過實例看看wait()和waitpid()的區別。
通過修改客戶端程序，在客戶端程序中一次性建立5個套接字連接到服務器，狀態如下圖所示（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){//與服務器建立五個連接，以使得服務器創建5個子進程
       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]);/*僅用第一個套接字與服務器交互*/
    exit(0);
}
void
str_cli(FILE *fp, int sockfd)
{
  int nbytes=0;
  char  sendline[MAXLINE],recvline[MAXLINE];
  while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL){//從標準輸入中讀取一行
     write(sockfd, sendline, strlen(sendline));//將該行發送給服務器
     if ((nbytes=read(sockfd, recvline, MAXLINE)) == 0){//從sockfd讀取從服務器發來的數據
         fprintf(stderr,"str_cli: server terminated prematurely\n");
         exit(1);
     }
     recvline[nbytes]='\0';
     fputs(recvline, stdout);
  }
}

當客戶終止時，所以打開的描述子均由內核自動關閉，因此5個連接基本在同一時刻發生，相當于同時引發了5個FIN發往服務器，這會導致5個服務器子進程基本在同一時刻終止，從而導致5個SIGCHLD信號幾乎同時遞送給服務器父進程，示意圖如下所示：

也就是說，幾乎在同一時刻，遞送5個SIGCHLD信號給父進程，這又會僵尸進程進程的出現。因為unix一般不對信號進行排隊，這就導致了5個SIGCHLD遞交上去，只執行了一次sig_chld函數，剩下四個子進程便成為了僵尸進程。對于這種情況，正確的做法是調用waitpid()，而不是wait()。
因此，我們最后的服務器端代碼中的信號處理函數做一點小改動，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，我們解決了網絡編程中可能遇到的三類情況：
1.當派生子進程時，必須捕獲SIGCHLD信號。代碼片段：signal(SIGCHLD,sig_chld);
2.當捕獲信號時，必須處理被中斷的系統調用。代碼片段：if(errno==EINTR) continue;
3.SIGCHLD信號處理函數必須編寫正確，以防出現僵尸進程。代碼片段：while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0)

“Linux網絡編程wait()和waitpid()的詳細講解”的內容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業相關的知識可以關注億速云網站，小編將為大家輸出更多高質量的實用文章！