Linux下的僵尸进程和孤儿进程

Posted 2020-09-30

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux下的僵尸进程和孤儿进程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

说明

在UNIX里，除了进程0（即PID=0的交换进程，Swapper Process）以外的所有进程都是由其他进程使用系统调用fork创建的，这里调用fork创建新进程的进程即为父进程，而相对应的为其创建出的进程则为子进程，因而除了进程0以外的进程都只有一个父进程，但一个进程可以有多个子进程。

操作系统内核以进程标识符（Process Identifier，即PID）来识别进程。进程0是系统引导时创建的一个特殊进程，在其调用fork创建出一个子进程（即PID=1的进程1，又称init）后，进程0就转为交换进程（有时也被称为空闲进程），而进程1（init进程）就是系统里其他所有进程的祖先。

僵尸进程与孤儿进程

当一个子进程结束运行（一般是调用exit、运行时发生致命错误或收到终止信号所导致）时，子进程的退出状态（返回值）会回报给操作系统，系统则以SIGCHLD信号将子进程被结束的事件告知父进程，此时子进程的进程控制块（PCB）仍驻留在内存中。一般来说，收到SIGCHLD后，父进程会使用wait系统调用以取得子进程的退出状态，然后内核就可以从内存中释放已结束的子进程的PCB；而如若父进程没有这么做的话，子进程的PCB就会一直驻留在内存中，也即成为僵尸进程。

孤儿进程则是指父进程结束后仍在运行的子进程。在类UNIX系统中，孤儿进程一般会被init进程所“收养”，成为init的子进程。

为避免产生僵尸进程，实际应用中一般采取的方式是：

- 将父进程中对SIGCHLD信号的处理函数设为SIG_IGN（忽略信号）；

- fork两次并杀死一级子进程，令二级子进程成为孤儿进程而被init所“收养”、清理。

Unix编程中所谓"僵尸进程"指什么，什么情况下会产生僵尸进程，如何杀掉僵尸进程？

在fork()/execve()过程中，假设子进程结束时父进程仍存在，而父进程fork()之前既没安装SIGCHLD信号处理函数调用wait()或waitpid()等待子进程结束，又没有显式忽略该信号，则子进程成为僵尸进程，无法正常结束。此时即使是root身份kill -9也不能杀死僵尸进程（僵死进程实际上是已死的进程，你当然不能杀死一个死人）。补救办法是杀死僵尸进程的父进程(僵尸进程的父进程必然存在)，僵尸进程成为"孤儿进程"，过继给1号进程init，init始终会负责清理僵尸进程。

●在一个进程调用了exit之后，该进程并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程（Zombie）的数据结构。在Linux进程的5种状态中，僵尸进程是非常特殊的一种，它已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集(如供父进程)，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间。从这点来看，僵尸进程虽然有一个很酷的名字，但它的影响力远远抵不上那些真正的僵尸兄弟，真正的僵尸总能令人感到恐怖，而僵尸进程却除了留下一些供人凭吊的信息，对系统毫无作用。

●系统调用exit，它的作用是使进程退出，但也仅仅限于将一个正常的进程变成一个僵尸进程，并不能将其完全销毁。僵尸进程虽然对其他进程几乎没有什么影响，不占用CPU时间，消耗的内存也几乎可以忽略不计，但有它在那里呆着，还是让人觉得心里很不舒服。而且Linux系统中进程数目是有限制的，在一些特殊的情况下，如果存在太多的僵尸进程，也会影响到新进程的产生。

●如何清理僵尸进程：用wait()和waitpid()系统调用可以清理僵尸进程,或者杀死僵尸进程的父进程(僵尸进程的父进程必然存在)，僵尸进程成为"孤儿进程"，过继给1号进程init，init始终会负责清理僵尸进程。

下面这段比喻形容了进程的一生,也更容易看出僵尸进程所处的阶段:

随着一句fork，一个新进程呱呱落地，但它这时只是老进程的一个克隆。

然后随着exec，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。

人有生老病死，进程也一样，它可以是自然死亡，即运行到main函数的最后一个"}"，从容地离我们而去；也可以是自杀，自杀有2种方式，一种是调用exit函数，一种是在main函数内使用return，无论哪一种方式，它都可以留下遗书，放在返回值里保留下；它还甚至能可被谋杀，被其它进程通过另外一些方式结束他的生命。

进程死掉以后，会留下一具僵尸，wait和waitpid充当了殓尸工，把僵尸推去火化，使其最终归于无形。

这就是进程完整的一生。

僵尸进程的危害

　由于子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束. 那么不会因为父进程太忙来不及wait子进程,或者说不知道子进程什么时候结束,而丢失子进程结束时的状态信息呢? 不会.因为UNIX提供了一种机制可以保证只要父进程想知道子进程结束时的状态信息, 就可以得到. 这种机制就是:在每个进程退出的时候,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等. 但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号the process ID,退出状态the termination status of the process,运行时间the amount of CPU time taken by the process等), 直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放. 但这样就导致了问题,如果你进程不调用wait / waitpid的话, 那么保留的那段信息就不会释放,其进程号就会一定被占用,但是系统所能使用的进程号是有限的,如果大量的产生僵死进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害应当避免。

处理：

*显式忽略SIGCHLD信号是指类似这样的代码:

signal( SIGCHLD, SIG_IGN );

*安装SIGCHLD信号句柄是指类似这样的代码:

当然，不建议使用signal()，应该使用sigaction()。

僵尸进程中保存着很多对程序员和系统管理员非常重要的信息，首先，这个进程是怎么死亡的？是正常退出呢，还是出现了错误，还是被其它进程强迫退出的？其次，这个进程占用的总系统CPU时间和总用户CPU时间分别是多少？发生页错误的数目和收到信号的数目。这些信息都被存储在僵尸进程中，试想如果没有僵尸进程，进程一退出，所有与之相关的信息都立刻归于无形，而此时程序员或系统管理员需要用到，就只好干瞪眼了。

那么，我们如何收集这些信息，并终结这些僵尸进程呢？就要靠waitpid调用和wait调用。这两者的作用都是收集僵尸进程留下的信息，同时使这个进程彻底消失。

pid_t wait(int *status)

1）进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

参数status

如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的（一个进程也可以被其他进程用信号结束），以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，人们就设计了一套专门的宏（macro）来完成这项工作，下面我们来学习一下其中最常用的两个：

● WIFEXITED(status)

这个宏用来指出子进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值。

（请注意，虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait唯一的参数--指向整数的指针status，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混了。）

● WEXITSTATUS(status)

当WIFEXITED返回非零值时，我们可以用这个宏来提取子进程的返回值，如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS (status)就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意，如果进程不是正常退出的，也就是说，WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。