Может ли процесс Linux умереть от механизма, отличного от фатального сигнала или вызова `exit (2)`?

Да, я считаю, что вы правы, что это единственные возможности.

Вы можете подтвердить это из документации wait(2). Есть два связанных макроса, WIFEXITED() и WIFSIGNALED(), которые можно использовать, чтобы определить, почему wait вернул данный процесс. Других возможностей нет (я не считаю WIFSTOPPED(), так как он используется для обнаружения приостановленных процессов, а не процессов, которые завершились).

На самом деле, exit(3) это не системный вызов, это функция библиотеки Си. Системный вызов - _exit(2). exit(3) выполняет некоторую очистку C (например, очищает буферы stdio и вызывает функции atexit()), а затем вызывает _exit(2) для фактического выхода из процесса.