C语言多进程程序为何在wait(NULL)处阻塞？

我是一名C语言初学者，编写了一个多进程程序，希望让子进程调用strace，再通过管道将输出传递给父进程进行打印。但父进程似乎卡在了wait(NULL);处，我尝试注释掉wait(NULL);后，就能正常获取子进程的输出。我无法理解父进程为何一直处于等待状态，子进程难道还没退出吗？

以下是我的代码：

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

int main(int argc, char *argv[]) {
  int pipefd[2];
  pid_t pid;
  char *exec_argv[] = { "/bin/strace", "-T", "tree", "/bin", NULL};
  char *exec_envp[] = { "PATH=/bin", NULL };

  if (pipe(pipefd) == -1) {
    perror("pipe");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  pid = fork();
  if (pid < 0) {
    perror("fork");
    exit(EXIT_FAILURE);
  } else if (pid == 0) { // child
    close(pipefd[0]);   /* close unused read end */
    close(STDOUT_FILENO);
    if (dup2(pipefd[1], STDERR_FILENO) == -1) {
      perror("dup2");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // invoke strace
    execve(exec_argv[0], exec_argv, exec_envp);
    perror(exec_argv[0]);
    exit(EXIT_FAILURE);
  } else {  // parent
    close(pipefd[1]);   /* close unused write end */
    if (dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO) == -1) {
      perror("dup2");
      exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("I'm parent!!!\n");
    wait(NULL);
    char *line = NULL;
    size_t len;
    while (getline(&line, &len, stdin) != -1) {
      printf("%s", line);
    }
    free(line);
  }
  return 0;
}

问题原因 #

这是管道读写阻塞导致的死锁：

• 子进程通过dup2把stderr重定向到管道写端，strace的输出会持续往管道里写
• 父进程先调用wait(NULL)等待子进程退出，但管道缓冲区有大小限制，当子进程把缓冲区写满后，会被阻塞，等待父进程读取管道数据
• 此时父进程在等子进程退出，子进程在等父进程读管道，双方互相等待，形成死锁

解决方法 #

调整父进程的代码逻辑，先读取管道数据，再等待子进程退出：

else {  // parent
  close(pipefd[1]);   /* close unused write end */
  if (dup2(pipefd[0], STDIN_FILENO) == -1) {
    perror("dup2");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
  printf("I'm parent!!!\n");
  
  // 先读取管道数据，子进程写完后会自动退出
  char *line = NULL;
  size_t len;
  while (getline(&line, &len, stdin) != -1) {
    printf("%s", line);
  }
  free(line);
  
  wait(NULL);  // 此时子进程已退出，wait不会阻塞
}

补充说明 #

• 管道的规则是：当所有读端关闭时，写端进程会收到SIGPIPE信号退出；当所有写端关闭时，读端的getline会返回-1（表示EOF）
• 原来的逻辑中，父进程没读管道，子进程写满缓冲区后卡住，导致wait永远等不到子进程退出
• 调整顺序后，父进程持续读取管道数据，子进程可以顺利写完输出并退出，wait就能正常获取子进程的退出状态

内容的提问来源于stack exchange，提问作者sir chen