Linux: 关于 SIGCHLD 的更多细节

僵尸进程

何为僵尸进程？

一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用 wait 或 waitpid
获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程

成为僵尸进程的因素

1. 子进程 先于 父进程退出；
2. 子进程的状态信息，没有被父进程回收；

那么问题来了，子进程退出了，父进程怎么知道呢？

对该机制有稍微了解的话，不难得知一个关键因素：SIGCHLD。正是这个SIGCHLD起到了通知的作用，所以后面的处理也是基于它而实现。

僵尸进程处理方案

1. 父进程捕获 SIGCHLD 信号，则显示调用 wait 或 waitpid；

2. 父进程直接忽略该信号。signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，这样子进程直接会退出。

   需要注意的是，虽然进程对于 `SIGCHLD`的默认动作是忽略，但是还是显示写出来，才能有效；

3. 把父进程杀了，子进程直接过继给 init，由 init伺候着。
   不用担心 init会挂着一堆僵尸， init本身的设计就有专门回收的处理，所以有多少回收多少；

SIGCHLD 还能干嘛

刚才我们在处理到父子进程相关的问题时，多多少少接触到SIGCHLD, 那么，只有在回收子进程的时候才需要用到么？感觉好浪费不是么？

别担心 ~ 这个作用肯定是不止这样的！

其实对于SIGCHLD，我们一般的理解是，子进程退出发送的信号，但其实不是的，这个信号代表的含义是：

子进程状态变更了，例如停止、继续、退出等，都会发送这个信号通知父进程。而父进程就能通过 wait/waitpid 来获悉这些状态了。

看起来有点意思，我们仿佛能借此做些有趣的事情了。

wait / waitpid 相关知识

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

wait相对来说会常用点，因为不需要指定 pid，而waitpid就在一些需要指定特定pid时才会比较常见，那么它们之间的关系就真的是只是这样么？

其实wait是对waitpid的封装，专门用来回收子进程退出的信息，同样的，它简单粗暴的设置成了堵塞方式，如果没有任何子进程退出，那么就堵塞住。

而waitpid功能非常强大，pid和options都提供了非常灵活的用法：

    pid:
         < -1: 取该 pid 的绝对值，如果任何子进程的进程组ID等于该值，则该进程组的任一子进程中的进程状态发生变化，都会触发`waitpid`的回调;
        == -1: 监听范围扩大到任意子进程，也就是 wait(status)；
        ==  0: 监听进程组ID和父进程一样的子进程；
         >  0: 监听该pid的子进程；

    options:
        WNOHANG： 调用时，指定的 pid 仍未结束运行，则 wait 立即返回 0；
        WUNTRACED： 当子进程被暂停时，则立即返回子进程的 pid;
        WCONTINUED: 当被暂停的子进程，又被信号恢复时，则立即返回子进程的pid；

而下面这些宏，将搭配status一起使用：

WIFEXITED(status): 当子进程调用 exit、_exit或者正常从 main 返回等正常结束时，返回 true 
    --> WEXITSTATUS(status)： 获取上面的 exit_code
        
WIFSIGNALED(status): 当子进程被信号杀死时，返回 true；
    --> WTERMSIG(status): 获取信号的值（int）

WIFSTOPPED(status)： 当自己弄成被信号暂停执行时，返回 true；
    --> WSTOPSIG(status): 获取该信号的值

WIFCONTINUED(status): 子进程接收到SIGCONT信号继续执行时，返回 true

最小实践

我们来个最小的 demo 来说明上面的怎么用：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>
#include<unistd.h>
int main(){
    int pid;
    if((pid = fork()) == 0){
        while(1){
            printf("Child: %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    }
    else{
        int status;
        pid_t w;
        while(1){
            // 希望堵塞，所以没用 WNOHANG
            w = waitpid(pid, &status,WCONTINUED | WUNTRACED);
            if(WIFEXITED(status)){
                printf("子进程正常退出，状态码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
                exit(0);
            } else if(WIFSIGNALED(status)){
                printf("子进程被信号杀死了! 信号值: %d\n", WTERMSIG(status));
                exit(0);
            } else if(WIFSTOPPED(status)){
                printf("子进程被信号暂停了! 信号值: %d\n", WSTOPSIG(status));
            } else if(WIFCONTINUED(status)){
                printf("子进程又恢复继续运行了\n");
            }
        }
    }
}

终端输出：

Child: 10848
Child: 10848                    # 子进程的 pid

子进程被信号暂停了！信号值:21       # kill -SIGTTIN 10848
子进程又恢复继续运行了                # kill -SIGTTIN 10848
...
子进程被信号暂停了! 信号值: 19      # kill -SIGSTOP 10848
子进程又恢复继续运行了                # kill -SIGTTIN 10848   
...
子进程被信号杀死了! 信号值: 15      # kill -SIGTERM 10848    

如果自己在子进程上面加个退出，就会打印：正常退出了   

结语

在上面的实验中，我们已经发现通过SIGCHLD除了用来回收子进程，还能获悉子进程的状态！

在操作系统上，也有很多利用这个在工作的，例如：后台进程，如果向标准输入读取内容时，是会被暂停的

为什么呢？

因为后台进程，是和终端断开连接的，当它从标准输入读取内容时，终端的驱动程序会发现这个操作，会发一个 SIGTTIN 给后台进程，让其暂停，并且通知用户，只有用户通过 fg 命令将其转换成 前台进程时，才能继续工作

正是有这样的一套机制，所以我们也能做出很多比较实在的东西了~

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