分叉和等待 - 如何等待所有孙子进程完成

Question

我正在做一个构建简单shell的任务，并且尝试添加一些目前不需要的功能，但是在使用管道时遇到了问题。

一旦我的命令被解析，我就会派生一个进程来执行它们。这个进程是一个子程序，如果只剩下一个命令，它将执行该命令，否则它将分叉。父进程将执行第一个命令，子进程将处理其余部分。管道被设置并正常工作。

然后，我的主进程调用wait()，然后输出提示符。当我执行像ls -la | cat这样的命令时，提示符会在cat的输出之前打印出来。

我尝试为应执行的每个命令调用wait()一次，但第一次调用有效，所有后续调用都返回ECHILD。

如何强制我的主线程等待所有子进程（包括子进程的子进程）退出？

- Dan

Answer 1

你做不到。要么让你的子进程等待它的子进程并在它们被等待完之前不退出，要么从同一个进程fork所有子进程。

- Art

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好的，我明白bash只是从主进程分叉出所有子进程。这会使管道设置变得更加复杂，但应该可以工作。 - Dan

Answer 2

请看这个答案如何使用wait()等待子进程：如何等待fork()调用的所有子进程完成？ 无法等待孙子进程；您需要在每个进程中实现等待逻辑。这样，每个子进程只有在其所有子代进程退出后才会退出（这将包括所有孙代递归退出）。

- Aaron Digulla

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好的 - 但是对于一个shell来说，每个子进程都会调用execvp或类似的函数 - 那么我该如何让它等待该进程的子进程呢？ - Dan

正如我所说：“你不能等待孙子辈”。所有正常的shell都会自行分割管道，创建所有子进程和它们之间的管道，然后等待每个子进程。 - Aaron Digulla

Answer 3

由于您正在谈论孙子，显然您是以级联方式生成子进程的。这是实现管道的一种可能方式。

但请记住，从管道返回的值（在终端中执行echo $?时获得的值）是从最右边的命令返回的值。

这意味着您需要从右到左生成子进程来实现级联。您不想失去那个返回值。

现在假设我们只谈论内置命令，为了简单起见（没有额外调用fork()和execve()），有趣的事实是，在某些shell（如“zsh”）中，最右边的命令甚至没有被分叉。我们可以通过一个简单的管道命令来看到这一点：

export stack=OVERFLOW | export overflow=STACK

使用命令env，我们可以看到环境变量中的overflow=STACK是持久的。这表明右侧的命令没有在子shell中执行，而export stack=OVERFLOW是在子shell中执行的。

注意：在像“sh”这样的shell中不是这种情况。

现在让我们使用基本的管道命令来为此级联实现提供可能的逻辑。

cat /dev/random | head

注意：尽管cat /dev/random被认为是一个永无止境的命令，但它会在命令head读取cat /dev/random输出的第一行后停止。这是因为当head完成时，stdin被关闭，而命令cat /dev/random中止，因为它正在写入一个破损的管道。

逻辑：

1. 父进程（您的shell）发现有一个管道需要执行。然后它将分叉成两个进程。父进程保持为您的shell，等待子进程返回并存储返回值。

2. 在第一代子进程的上下文中：（尝试执行管道的最右边的命令） 它看到该命令不是最后一个命令，它将再次fork()（我称之为“级联实现”）。 现在分叉完成后，父进程首先要执行其任务（head -1），然后关闭其stdin和stdout，然后等待其子进程。首先关闭stdin和stdout非常重要，然后调用wait()。关闭stdout会向父进程发送EOF，如果在stdin上读取。关闭stdin可以确保试图写入管道的孙子进程中止，并出现“破损的管道”错误。

3. 在孙子进程的上下文中： 它看到它是管道的最后一个命令，它只需执行该命令并返回其值（它关闭stdin和stdout）。

- CharMstr