非阻塞轮询

前言

继上一篇文章 详谈进程等待 讲到 waitpid 系统调用，在该系统调用接口中还有一个 options 参数，本篇文章介绍 watipid 系统调用中的options 参数 以及 什么是非阻塞轮询，非阻塞轮询的同时是如何执行其它任务的。

1.options 参数

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

当父进程 waitpid 等待子进程时，如果子进程退出了，那么父进程读取其 PCB 中的信号码和退出码返回即可；如果子进程迟迟不退出，那父进程就得一直等下去，进而导致父进程阻塞调用，也即父进程处于阻塞状态。

而 options 选项就是设置父进程等待的方式：

• 默认0，阻塞等待方式（子进程处于 R 状态，操作系统把父进程状态由 R -> S，然后把父进程投递到子进程 PCB 中维护的等待队列，当子进程退出了，操作系统再将父进程唤醒。换言之，也即父进程一直等待子进程的本质就是阻塞与子进程的等待队列中）
• 非阻塞轮询 WNOHANG。

2. 非阻塞轮询

将 options 设置为 WNOHANG，就是非阻塞轮询，又即等待的时候不要夯住（调用时系统不返回，进程阻塞，系统无响应等，就称为该系统 或 该接口 被夯住了，也即阻塞的专业词语）。

所以什么是非阻塞呢？？

故事线：outlier 大学即将迎来一学期一度的期末考试，你作为学渣，平时不上课，课后不作为，马上要考C语言了，你慌的一批。于是马上打电话给好朋友张三（张三是一名学霸，课后笔记大师）：“张三啊，马上要考试了，带上你的笔记过来辅导一下你爹”。张三：“儿子，你等会，我在复习，过一会就好了”，说完就挂掉电话。于是你也就等下去了，等了十来分钟，你又打电话问张三好了没，张三回复了再等会。于是你又再等下去。十分钟后，再打一次。。。。二十分钟，再打一次，这一次张三说，我看到你了，你今天穿白T 对吧，你二话不说，啪的一下挂掉了电话。因为你穿的是蓝T。循环往复，最终你们终于踏上去图书馆的道路。

上述的张三就是 操作系统；你就是 用户；打电话的过程就是调用系统调用；打电话的本质就是检查操作系统（张三）的状态；每次打电话得到回复之后立马又挂掉就是 系统调用立马返回；每一次打电话检测时操作系统（张三）没好，用户（你）不会一直占线等待，而是立马返回，这叫做非阻塞！而一直打电话问张三，就是轮询！

非阻塞轮询 = 非阻塞 + 循环

下学期，outlier再次迎来数据结构期末考试，你依旧找到张三，“儿子啊，老地方啊”。张三还是让你等着，他还没准备好。但这次，你跟张三说：“上次一直打你电话，我也不知道你啥时候能好，这次我就不挂了，你好了，下楼见到我了，再挂吧”

而这种占线等待回复，就叫做 阻塞调用！操作系统一直在执行着某种任何，用户一直在检查操作系统任务的完成情况，检测时，即便操作系统任务没完成，系统调用也不返回，即阻塞调用。

下学年，操作系统考试如期而至。你也听闻操作系统的难处，因此你不敢怠慢，吸取前两次的经历，你觉得不能干等着浪费时间。
因此当张三还没下楼找你时，你就在自己宿舍看书复习，时不时的在打电话问一下张三好了没。

这一次，你学聪明了，一边等待张三，一边做着自己的事情，这就是非阻塞轮询的同时，可以执行其它任务。而纯阻塞调用，是无法执行其它任务的，只能干等着。非阻塞轮询 + 执行其它任务，才是最常见的。

所以 waitpid 返回值 ret > 0 时，即代表等待成功； ret < 0 即等待失败；而大量存在的情况是 ret = 0 的情况，即非阻塞轮询检查状态时，目标子进程还没有就绪（即没有退出），而子进程没有退出，并不代表调用的失败或成功，只不过是等待的条件还没有就绪而已！

3. 模拟非阻塞轮询

int main()
{pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){int cnt = 5;while(cnt){printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}exit(1);}else {int status = 0;while(1)	// 轮询{pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);  // 非阻塞if(ret > 0){if(WIFEXITED(status)) printf("process is normal, exit_code: %d\n", WEXITSTATUS(status));else printf("the process terminated abnormally! \n");break;}else if(ret == 0){printf("the child process has not exited and continues to poll non-blocking\n");sleep(1);}else {
0               printf("wait failed!\n");break;}}sleep(1);}return 0;
}

4. 非阻塞轮询 + 执行其它任务

当 waitpid 等待子进程时，检测到子进程状态还没退出，于是立马返回，这之后是如何执行自己的其它任务的呢？？执行任务的同时有没有可能错过子进程退出呢？？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#define TASK_NUM 10typedef void(*task_t)();    // 函数指针
task_t tasks[TASK_NUM];     // 函数指针数组void task1() {  printf("task 1, pid: %d\n", getpid()); }
void task2() {  printf("task 2, pid: %d\n", getpid()); }
void task3() {  printf("task 3, pid: %d\n", getpid()); }int AddTask(task_t t);// 任务的管理代码
void InitTask()
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++) tasks[i] = NULL;AddTask(task1);AddTask(task2);AddTask(task3);
}int AddTask(task_t t)
{int pos = 0;for(; pos < TASK_NUM; pos++) if(!tasks[pos]){// 模拟添加任务break;}if(pos == TASK_NUM) return -1;  // 任务队列满，返回-1tasks[pos] = t;   // 添加指定任务的函数指针return 0;
}void DelTask() { }
void CheckTask() { }
void UpdateTask() { }void ExecuteTask()		// 执行任务
{for(int i = 0; i < TASK_NUM; i++){if(!tasks[i]) continue;tasks[i]();     // 回调函数}
}int main()
{InitTask();pid_t id = fork();if(id < 0){perror("fork");return 1;}else if(id == 0){int cnt = 5;while(cnt){printf("I am child, pid:%d, ppid:%d, cnt: %d\n", getpid(), getppid(), cnt);cnt--;sleep(1);}exit(1);}else {int status = 0;while(1){pid_t ret = waitpid(id, &status, WNOHANG);  // 非阻塞if(ret > 0){if(WIFEXITED(status)) {printf("process is normal, exit_code: %d\n", WEXITSTATUS(status));}else {printf("the process terminated abnormally! \n");}break;}else if(ret == 0){ExecuteTask(); usleep(500000);}else {printf("wait failed!\n");break;}}}return 0;
}

以上就是创建单进程的模拟非阻塞轮询的同时，执行自己的其它任务，如果是创建多进程，只需要将 waitpid 中的 pid 参数设置为 -1（等待任意一个子进程），在等待成功之后，不是立马 break，而是维护一个计数器，等待成功一个子进程，就让计数器 -1，直到 计数器 == 0 然后 break 即可。

而至于会不会有可能父进程在执行其它任务的时候，错过了子进程这个问题，所谓错过，无非就是子进程退出的时候，父进程不会立刻马上立刻对其进行回收，但是当父进程执行完自己的任务回来之后，也会对其进行回收。而一般情况下，非阻塞轮询进行等待子进程，才是父进程此时的主线任务，执行其它任务，只不过是顺手的事，不让父进程干等着罢了，因此这类任务一般都是很轻量级的，所以一般也不必担心会不会执行了其它任务，子进程就没有人回收的问题。并且当子进程多一点时，子进程退出时，父进程晚一点来回收，反而可以集中回收，提高效率。

而至于创建出来的诸多子进程中，哪个进程先被调度，我们并无法知晓。但是，我们必须要知道，最后退出的进程一定是父进程！

为什么？----- 因为所有的子进程是父进程创建出来的，所以父进程有等待所有子进程的职责！父进程需要等待所有子进程退出之后，来回收子进程。这也是进程等待重要的一个原因，在编码得到保障时，父进程最后一个退出，是可以保证释放所有子进程的资源的。

关于非阻塞轮询的内容，小篇介绍到这里，后续文章还会介绍 进程替换。

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