IT评测·应用市场-qidao123.com

标题: Linux：历程等待究竟是什么？如何解决子历程僵尸所带来的内存走漏问题？ [打印本页]

作者: 我可以不吃啊 时间: 2024-6-22 12:34
标题: Linux：历程等待究竟是什么？如何解决子历程僵尸所带来的内存走漏问题？
一、历程等待的概念

历程等待通常是指：父历程通过wait()/waitpid()的方式，让父历程对子历程进行资源回收的等待过程！！
二、历程等待存在的意义

历程等待通常是为了解决以下两种环境：

解决子历程僵尸所带来的内存走漏问题，对僵尸子历程进行资源回收！缘故原由在于当子历程僵尸后，便“刀枪不入”了。即使是操纵系统也没法对僵尸历程进行资源回收，进而导致内存走漏问题。
让父历程得到子历程运行效果（代码运行正常效果精确、代码运行正常效果错误、代码非常）。父历程创建子历程，通常是希望子历程帮父历程执行某些任务。但子历程任务执行的如何，父历程需要得到反馈。此时父历程可以通过历程等待的方式来获取子历程的退出信息（退出码和退出信号）。

三、如何进行历程等待

下面依次介绍历程等待所需调用的接口：wait()/waitpid()。
3.1 wait()是实现历程等待

1、wait()原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t wait(int *status);

复制代码

返回值：如果乐成返回被等待历程的pid，否则返回-1.
参数：ststus为输出型参数，获取子历程的退出信息，由操纵系统自动填充。（后续会单独详细介绍，这里我们临时不关心该参数，设为NULL）
wait()用于等待任意历程，而waitpid则可以等待任意历程！！

2. 验证wait()能回收僵尸子历程的空间

下面如许一段代码：fork()创建子历程，让子历程运行约5秒后退出但父历程不退出。此时子历程变为僵尸历程，历程状态为Z。此时调用父历程调用wait()接口回收僵尸子历程的资源空间。
【源代码】：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
void worker()
{
int cnt = 5;
while(cnt)
{
printf("I am child process, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n", getpid(), getppid(), cnt--);
sleep(1);
}
}
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
//child
worker();
exit(0); //子进程执行完worker()后直接退出，变成僵尸状态
}
else{
//parent
sleep(10);
pid_t rid = wait(NULL);//对子进程进行回收
if(rid == id)
{
printf("child process being recyceled sucess!, pid:%d, rid:%d\n", getpid(), rid);
}
sleep(3);
}
return 0;
}

复制代码

【运行效果】：

我们观察左边监视脚本发现，子历程在执行5次代码后退出，历程状态变为Z。一段时间后，父历程调用wait()函数对子历程进行回收，子历程消散。即父历程通过wait()实现了对子历程的回收！！
tips:

父历程调用wait()后，如果子历程没有退出，父历程会在wait上发生历程壅闭。直到子历程僵尸，wait自动回收后，返回被回收的子历程pid。
对于多个历程来说，谁先被调理是未知的，由内核调理算法决定。但可以肯定的是，父历程肯定是最后退出的！

3.2 waitpid()实现历程等待

1、系统调用接口waitpid()原型

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

复制代码

参数pid: 如果pid=-1，等待任意历程，和wait效果一样。如果pid>0，等待历程ID和pid值相等的子历程！
参数status：子历程的退出信息。status为NULL，表现不关心子历程的退出状态信息，否则操纵系统会将子历程的退出码和错误码相关信息写入该参数中。（后续具体介绍实在现机制）
参数options: 为0表现壅闭等待。options除了0外，还可以被设置为WNOHANG，此时表现父历程以非壅闭方式进行等待（非壅闭 + 轮询方案）。
返回值：当正常退出时，waitpid返回网络到的子历程ID；如果历程非常，返回-1，此时errno会被设置为对于的错误码；如果历程接纳非壅闭轮询方案，即将options设置为WNOHANG，如果子历程waitpid网络到的子历程没有退出，此时返回0！！

四、获取子历程status实现机制

在wait()/waitpid()中，均存在参数status,该参数是一个输出型参数，由操纵系统自动填充。如果该参数被设为NULL，表现不关心子历程的退出信息；否则OS会通过status的值，来将子历程相关退出信息返回给父历程！！
status如何保存相关信息？
status是int范例，32bit。这里我们仅研究低16位！！
其中status的最低7位保存子历程的退出信号（exit signal）；第8位表现的是core dump标志；9~16位表现的是历程的退出码（exit code）

status中保存信息验证
下面我们来做实验：我们通过fork()创建出子历程，然后让子历程运行约3秒；此时父历程通过waitpid以壅闭方式对子历程进行等待回收。然后通过位运算对status进行处置惩罚，获取status中的子历程退出码和退出信号。
【源代码】：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
int status = 0;
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{
int cnt = 3;
while(cnt)
{
printf("I am child, cnt:%d\n", cnt--);
sleep(1);
}
exit(3);
}
else if(id > 0)
{
pid_t rid = waitpid(id, &status, 0);//以阻塞方式等待
printf("I am parent, pid:%d, rid:%d, status:%d, exit code:%d, signal:%d\n", getpid(), rid, status, (status>>8)&0xFF, status&0x7F);
}
return 0;
}

复制代码

【运行效果】：

我们发现status变量中确实保存着子历程的退出码和退出信号等相关信息。
在系统中提供了一些宏函数，用于直接获取历程的相关退出信息,具体如下：

WIFEXITED(status): 若为正常终止子历程返回的状态，则为真。（查看历程是否是正常退出）
WEXITSTATUS(status): 若WIFEXITED非零，提取子历程退出码。（查看历程的退出码）

父历程如何得知子历程的退出信息（底层执行流程）
在子历程pcb中存在如下几个变量，分别用于保存历程的状态、退出码、退出信号：（Linux为例）

strucr task_struct{
int exit_state; //退出状态
int exit_code; //退出码
int exit_signal;//退出信号
}

复制代码

当子历程退出时，操纵系统会将子历程的退出码和退出信号保存到子历程PCB的exit_code变量和exit_signal变量中。
而父历程通过waitpid/wait等待子历程时，OS会将子历程PCB中的退出码和退出信号通过组合放入status变量中，并将子历程的状态从Z改成S！！
此时，父历程便可通过status来获取子历程退出信息，子历程可以被操纵系统回收。
五、壅闭等待和非壅闭等待

前面我们介绍waitpis接口时提到过，options参数设为0，表现父历程进行的时壅闭等待；设为WNOHANG表现父历程以==(非壅闭方式)，即非壅闭轮询方式==进行历程等待。
那两种等待方式究竟是什么？有什么区别呢？
5.1 壅闭等待

父历程以壅闭方式进行等待和平凡壅闭历程一样。
当父历程调用waitpid接口等待子历程时，如果此时子历程没有退出，操纵系统会将父历程设置为壅闭历程，然后将父历程的PCB链入到子历程的等待队列中。一旦子历程退出，操纵系统会将父历程PCB重新加载到运行队列中等待调理！
5.2 非壅闭等待（非壅闭 + 轮询方案）

非壅闭等待是指父历程在等待子历程时发现子历程还未退出，此时父历程和壅闭等待一样不停在"原地等地子历程运行结束"。父历程会执行一些其他任务，并每隔一段时间查看子历程是否退出。一旦子历程退出后，父历程才会开始执行后续步伐。
非壅闭等待的好处就是让父历程在等待时，可以做一些本身占据时间不多的任务！！
六、非壅闭轮询方案示例演示

下面我们通过fork创建子历程。然后让子历程做一些工作（打印输出一些信息，整个过程约10s），此时父历程通过waitpid接口进行非壅闭轮询方案进行等待。在等待过程中，我们让父历程做一些本身的“小任务”（这些小任务，博主同样接纳输出信息取代，各位可根据现实环境修改）
【源代码】：
轮询时，父历程执行任务：
博主将任务简化为输出一些信息，各位可自行更改任务

void download()
{
printf("This download task is running!\n");
}
void writelog()
{
printf("This write log task is running!\n");
}
void printinfo()
{
printf("This print info task is running!\n");
}

复制代码

大致框架，父历程和子历程执行任务：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#define TASK_NUM 5
void worker(int cnt)
{
printf("I am child, pid:%d, cnt:%d\n", getpid(), cnt);
}
int main()
{
//下面5行模拟父进程的任务被加载好了，方便父进程等待子进程时被执行
task tasks[TASK_NUM];
Init(tasks, TASK_NUM);//初始化
taskadd(tasks, download); //加载任务
taskadd(tasks, writelog);
taskadd(tasks, printinfo);
pid_t id = fork();
if(id == 0)
{//child
int cnt = 5;
while(cnt)
{
worker(cnt--);
sleep(1);
}
exit(3);
}
//parent
while(1)
{
int status = 0;
pid_t rid = waitpid(id, &status, WNOHANG);
if(rid > 0)
{//子进程正常退出
printf("wait sucess!\n, pid:%d, rid:%d, exit code:%d, signal:%d\n",getpid(), rid, (status>>8)&0xFF, status&0x7F);
break;
}
else if(rid == 0)
{//父进程等待成功，但子进程没有退出。父进程开始做自己的小任务，一段时间后在查询子进程是否退出
printf("------------------------------------------------\n");
printf("wait sucess, but chils alive, wait again!\n");
executeTask(tasks, 3);
printf("------------------------------------------------\n");
}
else
{//子进程退出异常
printf("wait failed!\n");
break;
}
sleep(1);
}
return 0;
}

复制代码

父历程加载任务代码：

void Init(task tasks[], int num)
{
for(int i = 0; i < num; i++)
{
tasks[i] = NULL;
}
}
int taskadd(task tasks[], task t)
{
for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++)
{
if(tasks[i] == NULL)
{
tasks[i] = t;
return 1;//增加任务成功
}
}
return 0;//增加任务失败
}
void executeTask(task tasks[], int num)
{
for(int i = 0; i < num; i++)
{
tasks[i]();
}
}

复制代码

运行效果：

免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！更多信息从访问主页：qidao123.com:ToB企服之家，中国第一个企服评测及商务社交产业平台。

欢迎光临 IT评测·应用市场-qidao123.com (https://dis.qidao123.com/)