1、前言
之前在看《unix環(huán)境高級編程》第八章進程時候，提到孤兒進程和僵尸進程，一直對這兩個概念比較模糊。今天被人問到什么是孤兒進程和僵尸進程，會帶來什么問題，怎么解決，我只停留在概念上面，沒有深入，倍感慚愧。晚上回來google了一下，再次參考APUE，認真總結(jié)一下，加深理解。
2、基本概念
我們知道在unix/linux中，正常情況下，子進程是通過父進程創(chuàng)建的，子進程在創(chuàng)建新的進程。子進程的結(jié)束和父進程的運行是一個異步過程,即父進程永遠無法預(yù)測子進程 到底什么時候結(jié)束。 當一個 進程完成它的工作終止之后，它的父進程需要調(diào)用wait()或者waitpid()系統(tǒng)調(diào)用取得子進程的終止狀態(tài)。
孤兒進程：一個父進程退出，而它的一個或多個子進程還在運行，那么那些子進程將成為孤兒進程。孤兒進程將被init進程(進程號為1)所收養(yǎng)，并由init進程對它們完成狀態(tài)收集工作。
僵尸進程：一個進程使用fork創(chuàng)建子進程，如果子進程退出，而父進程并沒有調(diào)用wait或waitpid獲取子進程的狀態(tài)信息，那么子進程的進程描述符仍然保存在系統(tǒng)中。這種進程稱之為僵死進程。
3、問題及危害
unix提供了一種機制可以保證只要父進程想知道子進程結(jié)束時的狀態(tài)信息， 就可以得到。這種機制就是: 在每個進程退出的時候,內(nèi)核釋放該進程所有的資源,包括打開的文件,占用的內(nèi)存等。 但是仍然為其保留一定的信息(包括進程號the PRocess ID,退出狀態(tài)the termination status of the process,運行時間the amount of CPU time taken by the process等)。直到父進程通過wait / waitpid來取時才釋放。 但這樣就導(dǎo)致了問題，如果進程不調(diào)用wait / waitpid的話， 那么保留的那段信息就不會釋放，其進程號就會一直被占用，但是系統(tǒng)所能使用的進程號是有限的，如果大量的產(chǎn)生僵死進程，將因為沒有可用的進程號而導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生新的進程. 此即為僵尸進程的危害，應(yīng)當避免。
孤兒進程是沒有父進程的進程，孤兒進程這個重任就落到了init進程身上，init進程就好像是一個民政局，專門負責處理孤兒進程的善后工作。每當出現(xiàn)一個孤兒進程的時候，內(nèi)核就把孤 兒進程的父進程設(shè)置為init，而init進程會循環(huán)地wait()它的已經(jīng)退出的子進程。這樣，當一個孤兒進程凄涼地結(jié)束了其生命周期的時候，init進程就會代表黨和政府出面處理它的一切善后工作。因此孤兒進程并不會有什么危害。
任何一個子進程(init除外)在exit()之后，并非馬上就消失掉，而是留下一個稱為僵尸進程(Zombie)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，等待父進程處理。這是每個 子進程在結(jié)束時都要經(jīng)過的階段。如果子進程在exit()之后，父進程沒有來得及處理，這時用ps命令就能看到子進程的狀態(tài)是“Z”。如果父進程能及時 處理，可能用ps命令就來不及看到子進程的僵尸狀態(tài)，但這并不等于子進程不經(jīng)過僵尸狀態(tài)。 如果父進程在子進程結(jié)束之前退出，則子進程將由init接管。init將會以父進程的身份對僵尸狀態(tài)的子進程進行處理。
僵尸進程危害場景：
例如有個進程，它定期的產(chǎn) 生一個子進程，這個子進程需要做的事情很少，做完它該做的事情之后就退出了，因此這個子進程的生命周期很短，但是，父進程只管生成新的子進程，至于子進程 退出之后的事情，則一概不聞不問，這樣，系統(tǒng)運行上一段時間之后，系統(tǒng)中就會存在很多的僵死進程，倘若用ps命令查看的話，就會看到很多狀態(tài)為Z的進程。 嚴格地來說，僵死進程并不是問題的根源，罪魁禍首是產(chǎn)生出大量僵死進程的那個父進程。因此，當我們尋求如何消滅系統(tǒng)中大量的僵死進程時，答案就是把產(chǎn)生大 量僵死進程的那個元兇槍斃掉（也就是通過kill發(fā)送SIGTERM或者SIGKILL信號啦）。槍斃了元兇進程之后，它產(chǎn)生的僵死進程就變成了孤兒進 程，這些孤兒進程會被init進程接管，init進程會wait()這些孤兒進程，釋放它們占用的系統(tǒng)進程表中的資源，這樣，這些已經(jīng)僵死的孤兒進程 就能瞑目而去了。
3、孤兒進程和僵尸進程測試
孤兒進程測試程序如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <errno.h> 4 #include <unistd.h> 5 6 int main() 7 { 8 pid_t pid; 9 //創(chuàng)建一個進程10 pid = fork();11 //創(chuàng)建失敗12 if (pid < 0)13 {14 perror("fork error:");15 exit(1);16 }17 //子進程18 if (pid == 0)19 {20 printf("I am the child process./n");21 //輸出進程ID和父進程ID22 printf("pid: %d/tppid:%d/n",getpid(),getppid());23 printf("I will sleep five seconds./n");24 //睡眠5s，保證父進程先退出25 sleep(5);26 printf("pid: %d/tppid:%d/n",getpid(),getppid());27 printf("child process is exited./n");28 }29 //父進程30 else31 {32 printf("I am father process./n");33 //父進程睡眠1s，保證子進程輸出進程id34 sleep(1);35 printf("father process is exited./n");36 }37 return 0;38 }測試結(jié)果如下：
僵尸進程測試程序如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <errno.h> 4 #include <stdlib.h> 5 6 int main() 7 { 8 pid_t pid; 9 pid = fork();10 if (pid < 0)11 {12 perror("fork error:");13 exit(1);14 }15 else if (pid == 0)16 {17 printf("I am child process.I am exiting./n");18 exit(0);19 }20 printf("I am father process.I will sleep two seconds/n");21 //等待子進程先退出22 sleep(2);23 //輸出進程信息24 system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");25 printf("father process is exiting./n");26 return 0;27 }測試結(jié)果如下所示：
僵尸進程測試2：父進程循環(huán)創(chuàng)建子進程，子進程退出，造成多個僵尸進程，程序如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <errno.h> 5 6 int main() 7 { 8 pid_t pid; 9 //循環(huán)創(chuàng)建子進程10 while(1)11 {12 pid = fork();13 if (pid < 0)14 {15 perror("fork error:");16 exit(1);17 }18 else if (pid == 0)19 {20 printf("I am a child process./nI am exiting./n");21 //子進程退出，成為僵尸進程22 exit(0);23 }24 else25 {26 //父進程休眠20s繼續(xù)創(chuàng)建子進程27 sleep(20);28 continue;29 }30 }31 return 0;32 }程序測試結(jié)果如下所示：
4、僵尸進程解決辦法
（1）通過信號機制
子進程退出時向父進程發(fā)送SIGCHILD信號，父進程處理SIGCHILD信號。在信號處理函數(shù)中調(diào)用wait進行處理僵尸進程。測試程序如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <unistd.h> 3 #include <errno.h> 4 #include <stdlib.h> 5 #include <signal.h> 6 7 static void sig_child(int signo); 8 9 int main()10 {11 pid_t pid;12 //創(chuàng)建捕捉子進程退出信號13 signal(SIGCHLD,sig_child);14 pid = fork();15 if (pid < 0)16 {17 perror("fork error:");18 exit(1);19 }20 else if (pid == 0)21 {22 printf("I am child process,pid id %d.I am exiting./n",getpid());23 exit(0);24 }25 printf("I am father process.I will sleep two seconds/n");26 //等待子進程先退出27 sleep(2);28 //輸出進程信息29 system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");30 printf("father process is exiting./n");31 return 0;32 }33 34 static void sig_child(int signo)35 {36 pid_t pid;37 int stat;38 //處理僵尸進程39 while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >0)40 printf("child %d terminated./n", pid);41 }測試結(jié)果如下所示：
（2）fork兩次 《Unix 環(huán)境高級編程》8.6節(jié)說的非常詳細。原理是將子進程成為孤兒進程，從而其的父進程變?yōu)閕nit進程，通過init進程可以處理僵尸進程。測試程序如下所示：
1 #include <stdio.h> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <unistd.h> 4 #include <errno.h> 5 6 int main() 7 { 8 pid_t pid; 9 //創(chuàng)建第一個子進程10 pid = fork();11 if (pid < 0)12 {13 perror("fork error:");14 exit(1);15 }16 //第一個子進程17 else if (pid == 0)18 {19 //子進程再創(chuàng)建子進程20 printf("I am the first child process.pid:%d/tppid:%d/n",getpid(),getppid());21 pid = fork();22 if (pid < 0)23 {24 perror("fork error:");25 exit(1);26 }27 //第一個子進程退出28 else if (pid >0)29 {30 printf("first procee is exited./n");31 exit(0);32 }33 //第二個子進程34 //睡眠3s保證第一個子進程退出，這樣第二個子進程的父親就是init進程里35 sleep(3);36 printf("I am the second child process.pid: %d/tppid:%d/n",getpid(),getppid());37 exit(0);38 }39 //父進程處理第一個子進程退出40 if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)41 {42 perror("waitepid error:");43 exit(1);44 }45 exit(0);46 return 0;47 }測試結(jié)果如下圖所示：
5、參考資料
《unix環(huán)境高級編程》第八章
http://www.rosoo.net/a/201109/15071.html
http://blog.chinaunix.net/uid-1829236-id-3166986.html
http://forkhope.diandian.com/post/2012-10-01/40040574200
http://blog.csdn.net/metasearch/article/details/2498853
http://blog.csdn.net/yuwenliang/article/details/6770750
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