「Linux 系统编程」孤儿进程、僵尸进程、wait 和 waitpid 子进程回收

1 孤儿进程和僵尸进程

1.1 孤儿进程

孤儿进程：父进程已经终止或退出，但仍然在运行中的子进程。

通常情况下，Linux 系统通过 init 进程（进程号 PID 为 1）来自动接管这些孤儿进程，成为它们的新父进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid = fork();

	if(pid == 0){
		// 子进程 一直执行，父进程退出之后变为孤儿进程
		while(1){
			printf("child process: PID = %d, parent PID = %d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);		
		}
	}else if(pid > 0){
		// 父进程	
		printf("parent process: PID = %d, son PID = %d\n", getpid(), pid);	
		// 父进程休息 5 秒后退出，之后子进程变为孤儿进程	
		sleep(5);
		printf("------parent process going to die------\n");
	}else{
		perror("fork error");	
		exit(1);
	}

	return 0;
}

一开始，创建的子进程 PID 为 24919，其父进程 PID 为 24918。之后父进程退出，子进程还在执行，子进程 24919 变为孤儿进程，被新的父进程 2145 收养。

最后可以通过 kill 命令杀死一直进程的子进程。

在我的电脑中，2145 对应的进程信息为：

1 2	`PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND 1 2145 2145 2145 ? -1 Ss 1000 0:00 /lib/systemd/systemd --user`

示例中，孤儿进程被 /lib/systemd/systemd --user 进程收养。用户级 systemd 进程（示例中的 PID=2145）本身是由系统级 init/systemd（PID=1）启动的，这形成了一个层次化的进程管理结构。

1.2 僵尸进程

僵尸进程：已经执行完毕但仍在进程表中占用位置的进程

子进程终止，父进程尚未对子进程进行回收，在此期间，子进程为“僵尸进程”。（每个进程结束后都必然会经历僵尸态，只是时间长短上有差别）

子进程终止时，子进程残留资源 PCB 存放于内核中，PCB 记录了进程结束原因，进程回收就是回收 PCB。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(){
	pid_t pid = fork();

	if(pid == 0){
		// 子进程
		printf("child process: PID = %d, parent PID = %d\n", getpid(), getppid());
		// 子进程休息 5 秒后退出
		sleep(5);
		printf("------child process going to die------\n");
	}else if(pid > 0){
		// 父进程 一直执行，子进程退出后子进程变为僵尸进程	
		while(1){
			printf("parent process: PID = %d, son PID = %d\n", getpid(), pid);		
			sleep(1);
		}
	}else{
		perror("fork error");	
		exit(1);
	}

	return 0;
}

可以看到执行到后面子进程的状态变为 [zombie] <defunct>，表示子进程已经处于终止的状态。

最后可以通过 kill 命令杀死父进程。

2 wait() 函数

在 Linux 中，当一个进程创建子进程（通常使用 fork()）后，子进程会独立运行。父进程需要通过 wait() 来 回收子进程资源、获取子进程状态：

回收子进程资源：当子进程终止时，不会立即从系统中完全消失，而是会变成一个僵尸进程。

父进程通过 wait() 函数来获取这些信息并彻底释放子进程占用的系统资源（如进程号、进程表项等）。如果父进程不进行回收，僵尸进程会一直存在。
获取子进程状态：父进程可能需要暂停执行，等待一个或所有子进程结束，然后再继续。

或者，父进程需要知道子进程是正常退出（及其退出码）还是被信号终止。

2.1 wait() 函数原型及参数

wait()：等待 任意一个 子进程结束。

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);

参数：

status：一个指向整型的指针，用于 存储子进程的退出状态信息。如果不关心子进程的退出状态，可以传入 NULL。

返回值：

成功：返回一个被等待回收的子进程的 PID
失败：返回 -1，设置 errno。（例如，当前进程已经没有需要等待的子进程）

工作方式：

wait() 函数会阻塞（block）父进程的执行，直到它的任意一个子进程终止。
一旦有子进程终止，wait() 会立即回收该子进程，并将其退出状态信息填入 status 指向的变量中，然后返回该子进程的 PID。

2.2 子进程退出状态和异常终止信号

一个进程终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但其 PCB 还保留着，内核在其中保存了一些信息：

如果是正常终止则保存着 退出状态；
如果是异常终止则保存着 导致该进程终止的信号。

可以使用一系列宏来解析 wait() 返回的状态信息：

WIFEXITED(status): 如果子进程正常退出，返回真
WEXITSTATUS(status): 如果 WIFEXITED 为真，提取子进程的退出码
WIFSIGNALED(status): 如果子进程因信号而终止，返回真
WTERMSIG(status): 如果 WIFSIGNALED 为真，提取导致终止的信号编号
WIFSTOPPED(status): 如果子进程当前已停止，返回真
WSTOPSIG(status): 如果 WIFSTOPPED 为真，提取导致停止的信号编号

2.2 wait() 代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
    pid_t pid = fork(), wpid;
    int status; // 子进程状态

    if(pid == 0){
        // 子进程
        printf("child process, PID = %d, sleep for 10s\n", getpid());
        sleep(10);
        printf("------child process going to die------\n");
        _exit(233); // 正常退出，返回状态码 233
    }else if(pid > 0){
        wpid = wait(&status); // 等待回收的子进程 PID
        if(wpid == -1){
            perror("wait error");  // 没有子进程可以等待回收
            exit(1);
        }
        if(WIFEXITED(status)){
            // 说明子进程正常终止
            printf("child exited normally with status: %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }else if(WIFSIGNALED(status)){
            // 说明子进程被某个信号终止
            printf("child killed by signal: %d\n", WTERMSIG(status));
        }
    }

    return 0;
}

3 waitpid() 函数

3.1 waitpid() 函数原型及参数

waitpid() 提供了更加精确的 wait 控制，是现在开发更加常用的子进程回收方式。

函数原型：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

参数：

pid：指定要等待回收的子进程的 PID。
- 小于 -1：等待进程组 ID 等于 pid 绝对值的任何一个子进程。
- -1：等待 任意一个 子进程，行为与 wait() 相同。
- 0：等待与父进程 同一个进程组 的任何一个子进程。
- 大于 0：等待进程 ID 等于 pid 的特定子进程。
status：同 wait()，用于 存储状态信息。
options：修改函数的行为，可以是一个或多个选项的按位或（|）。
- 0：默认行为，与 wait() 一样阻塞。
- WNOHANG：非阻塞模式。如果没有子进程退出，立即返回 0，而不是阻塞父进程。
- WUNTRACED：除了返回已终止的子进程信息外，还返回因信号而停止（stopped）的子进程信息。
- WCONTINUED：返回因收到 SIGCONT 信号而恢复执行（continued）的子进程信息。

返回值：

成功：返回状态发生变化的子进程的 PID。
失败：返回 -1（并设置 errno）。
如果使用了 WNOHANG 且没有子进程退出，则返回 0。

waitpid() 的好处：

可以 等待特定的子进程。
可以非阻塞（WNOHANG）：父进程可以周期性地检查子进程是否结束，而不必挂起。这在事件循环（如网络服务器）中非常有用。
可以获取更多状态（停止、恢复）。

3.2 waitpid() 回收指定的子进程

示例中，循环创建 5 个子进程，指定回收第 3 个子进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
    pid_t pid, wpid, tmppid;
    int i;

    for(i = 0; i < 5; i ++ ){
        pid = fork();
        if(pid == 0){ // 在子进程，返回 0 表示子进程创建成功
            // 父进程循环创建多个子进程，子进程不进行 fork()
            break;
        }
        if(i == 2){
            // 需要指定回收第 3 个子进程
            // 此时的 pid 是父进程第 3 次 fork() 的返回值（写时复制）
            // 也就是新闯进啊的第 3 个子进程的进程ID
            tmppid = pid; // 用一个临时变量存储这个指定的进程ID
            printf("------get the child process pid = %d------\n", tmppid);
        }
    }

    if(pid == 0){
        // 子进程，从 break 跳出
        sleep(i);
        printf("this is %dth child process, PID = %d\n", i + 1, getpid());
    }else{
        sleep(5);  
        printf("this is parent process, PID = %d\n", getpid());
        // 如果时间小于指定回收子进程终止的时间，且采用 非阻塞模式，最终 wpid = 0
        // 如果采用 阻塞模式，无论如何父进程都会等待直到指定回收子进程终止

        wpid = waitpid(tmppid, NULL, WNOHANG); // 指定一个进程回收, 非阻塞 
        // wpid = waitpid(tmppid, NULL, 0); // 指定一个进程回收, 阻塞 
        
        if(wpid == -1){
            perror("waitpid error");
            exit(1);
        }
        printf("this is parent process, wait child process finish: %d\n", wpid);
    }

    return 0;
}

3.3 waitpid() 回收多个子进程

示例中，循环创建 5 个子进程，需要回收所有的子进程。

使用 非阻塞方式（WNOHANG）回收所有子进程，循环检查是否有子进程退出。当检查到有子进程退出时，回收该子进程；当暂时没有子进程退出时（waitpid 返回 0），父进程可以暂时去处理其他事。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>

int main(){
    pid_t pid, wpid;
    int i;

    for(i = 0; i < 5; i ++ ){
        pid = fork();
        if(pid == 0){ // 在子进程，返回 0 表示子进程创建成功
            // 父进程循环创建多个子进程，子进程不进行 fork()
            break;
        }
    }

    if(pid == 0){
        // 子进程，从 break 跳出
        sleep(i);
        printf("this is %dth child process, PID = %d\n", i + 1, getpid());
    }else{
        // 父进程
        // 使用 非阻塞方式 回收子进程，循环检查
        while((wpid = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) != -1){
            if(wpid > 0){
                // 回收子进程 wpid
                printf("wait child process, PID = %d\n", wpid);
            }else if(wpid == 0){
                // 指定 WNOHANG，但是暂时没有子进程退出
                printf("parent process can do other things\n");
                sleep(1); // 父进程可以做其他事
            }
        }
    }

    return 0;
}

追逐繁星 > Linux 系统编程

#Linux

「Linux 系统编程」孤儿进程、僵尸进程、wait 和 waitpid 子进程回收

https://marisamagic.github.io/2025/09/03/20250903/

作者

MarisaMagic

发布于

2025年9月3日

许可协议

「Linux 系统编程」进程间通信方式、管道基本使用方法上一篇

「Linux 系统编程」exec 函数族及使用示例下一篇

「Linux 系统编程」孤儿进程、僵尸进程、wait 和 waitpid 子进程回收

1 孤儿进程和僵尸进程

1.1 孤儿进程

1.2 僵尸进程

2 wait() 函数

2.1 wait() 函数原型及参数

2.2 子进程 退出状态 和 异常终止信号

2.2 wait() 代码示例

3 waitpid() 函数

3.1 waitpid() 函数原型及参数

3.2 waitpid() 回收指定的子进程

3.3 waitpid() 回收多个子进程

2.2 子进程退出状态和异常终止信号