一起聊聊 Linux 系统中的僵尸进程

Posted 2020-08-17

Linux 系统中僵尸进程和现实中僵尸（虽然我也没见过）类似，虽然已经死了，但是由于没人给它们收尸，还能四处走动。僵尸进程指的是那些虽然已经终止的进程，但仍然保留一些信息，等待其父进程为其收尸。
僵尸进程如何产生的？
如果一个进程在其终止的时候，自己就回收所有分配给它的资源，系统就不会产生所谓的僵尸进程了。那么我们说一个进程终止之后，还保留哪些信息？为什么终止之后还需要保留这些信息呢？
一个进程终止的方法很多，进程终止后有些信息对于父进程和内核还是很有用的，例如进程的ID号、进程的退出状态、进程运行的CPU时间等。因此进程在终止时，回收所有内核分配给它的内存、关闭它打开的所有文件等等，但是还会保留以上极少的信息，以供父进程使用。父进程可以使用 wait/waitpid 等系统调用来为子进程收拾，做一些收尾工作。
因此，一个僵尸进程产生的过程是：父进程调用fork创建子进程后，子进程运行直至其终止，它立即从内存中移除，但进程描述符仍然保留在内存中（进程描述符占有极少的内存空间）。子进程的状态变成EXIT_ZOMBIE，并且向父进程发送SIGCHLD 信号，父进程此时应该调用 wait() 系统调用来获取子进程的退出状态以及其它的信息。在 wait 调用之后，僵尸进程就完全从内存中移除。因此一个僵尸存在于其终止到父进程调用 wait 等函数这个时间的间隙，一般很快就消失，但如果编程不合理，父进程从不调用 wait 等系统调用来收集僵尸进程，那么这些进程会一直存在内存中。
在 Linux 下，我们可以使用 ps 等命令查看系统中僵尸进程，僵尸进程的状态标记为‘Z’：

产生一个僵尸进程
根据上面的描述，我们很容易去写一个程序来产生僵尸进程，如下代码：
#include <stdio.h>#include <sys/types.h>int main(){
   //www.qixoo.qixoo.com/fork a child process
   pid_t pid = fork();

   if (pid > 0)   //parent process
   {
       printf("in parent process, sleep for one miniute...zZ...\n");
       sleep(60);
       printf("after sleeping, and exit!\n");
   }
   else if (pid == 0)  
   {
       //child process exit, and to be a zombie process
       printf("in child process, and exit!\n");
       exit(0);
   }

   return 0;}

父进程并没有写 wait 等系统调用函数，因此在子进程退出之后变成僵尸进程，父进程并没有为其去收尸。我们使用下面命令编译运行该进程，然后查看系统中进程状态：
[email protected]:~/Documents$ gcc zombie.c -o zombie
[email protected]:~/Documents$ ./zombie 
in parent process, sleep for one miniute...zZ...
in child process, and exit!

# 打开另一个终端:
[email protected]:~$ ps aux | grep -w ‘Z‘
1000      2211  1.2  0.0      0     0 ?        Z    13:24   6:53 [chromium-browse] <defunct>
1000      4400  0.0  0.0      0     0 ?        Z    10月16   0:00 [fcitx] <defunct>
1000     10871  0.0  0.0      0     0 pts/4    Z+   22:32   0:00 [zombie] <defunct>

从上面可以看出，系统中多了一个僵尸进程。但如果等父进程睡眠醒来退出之后，我们再次查看系统进程信息，发现刚才的僵尸进程不见了。
[email protected]:~/Documents$ ./zombie
in parent process, sleep for one miniute...zZ...
in child process, and exit!
after sleeping, and exit!
[email protected]:~/Documents$ ps aux | grep -w ‘Z‘
1000      2211  1.2  0.0      0     0 ?        Z    13:24   6:53 [chromium-browse] <defunct>
1000      4400  0.0  0.0      0     0 ?        Z    10月16   0:00 [fcitx] <defunct>

这是为什么呢？父进程到死都也没有为其子进程收尸呀，怎么父进程退出之后，那个僵尸进程就消失了呢？难道父进程在退出时会为子进程收拾吗？其实不然....真正的原因是：父进程死掉之后，其所有子进程过继给 init 进程，init 进程成为该僵尸进程的新进程，init 进程会周期性地去调用 wait 系统调用来清除它的僵尸孩子。因此，你会发现上面例子中父进程死掉之后，僵尸进程也跟着消失，其实是 init 进程为其收尸的！
怎样避免僵尸进程的产生
不能使用 kill 后接 SIGKILL 信号这样的命令像杀死普通进程一样杀死僵尸进程，因为僵尸进程是已经死掉的进程，它不能再接收任何信号。事实上，如果系统中僵尸进程并不多的话，我们也无需去消除它们，少数的僵尸进程并不会对系统的性能有什么影响。
那么在编程时，如果能避免系统中大量产生僵尸进程呢？根据上面描述的，子进程在终止时会向父进程发 SIGCHLD 信号，Linux 默认是忽略该信号的，我们可以显示安装该信号，在信号处理函数中调用 wait 等函数来为其收尸，这样就能避免僵尸进程长期存在于系统中了。示例代码如下：
#include <stdio.h>#include <signal.h>#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/wait.h>sig_atomic_t child_exit_status;void clean_up_child_process(int signal_num){
   /* clean up child process */
   int status;
   wait (&status);

   /* store its exit status in a global variable */
   child_exit_status = status;}int main(){
   /* handle SIGCHLD by calling clean_up_child_process  */
   struct sigaction sigchild_action;
   memset(&sigchild_action, 0, sizeof(sigchild_action));
   sigchild_action.sa_handler = &clean_up_child_process;
   sigaction(SIGCHLD, &sigchild_action, NULL);

   /* fork a child, and let the child process dies before parent */
   pid_t c_pid;
   c_pid = fork();
   if (c_pid > 0)
   {
       printf("in parent process, and sleep for on mininute...zZ...\n");
       sleep(60);
   }
   else if(c_pid == 0)
   {
       printf("in child process, and exit now\n");
       exit(0);
   }
   else
   {
       printf("fork failed!\n");
   }

   return 0;}  

参考资料
http://en.wikipedia.org/wiki/Zombie_process
http://simplestcodings.blogspot.com/2010/10/story-of-zombie-process.html
http://www.howtogeek.com/119815/