孤儿进程和僵尸进程

前段时间，由于研究经典面试题，把孤儿进程和僵尸进程也总结了一下。

我们有这样一个问题：孤儿进程和僵尸进程，怎么产生的？有什么危害？怎么去预防？

下面是针对此问题的总结与概括。

一.产生的原因

1) 一般进程

正常情况下：子进程由父进程创建，子进程再创建新的进程。父子进程是一个异步过程，父进程永远无法预测子进程的结束，所以，当子进程结束后，它的父进程会调用wait()或waitpid()取得子进程的终止状态，回收掉子进程的资源。

2)孤儿进程

孤儿进程：父进程结束了，而它的一个或多个子进程还在运行，那么这些子进程就成为孤儿进程(father died)。子进程的资源由init进程(进程号PID = 1)回收。

3)僵尸进程

僵尸进程：子进程退出了，但是父进程没有用wait或waitpid去获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中，这种进程称为僵死进程。

二.问题危害

注意：unix提供了一种机制保证父进程知道子进程结束时的状态信息。

这种机制是：在每个进程退出的时候，内核会释放所有的资源，包括打开的文件，占用的内存等。但是仍保留一部分信息(进程号PID，退出状态，运行时间等)。直到父进程通过wait或waitpid来取时才释放。

但是这样就会产生问题：如果父进程不调用wait或waitpid的话，那么保留的信息就不会被释放，其进程号就会被一直占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量产生僵死进程，将因没有可用的进程号而导致系统无法产生新的进程，这就是僵尸进程的危害

孤儿进程是没有父进程的进程，它由init进程循环的wait()回收资源，init进程充当父进程。因此孤儿进程并没有什么危害。

补充：任何一个子进程(init除外)在exit()之后，并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程的数据结构，等待父进程去处理。如果父进程在子进程exit()之后，没有及时处理，出现僵尸进程，并可以用ps命令去查看，它的状态是“Z”。

三.解决方案

1)kill杀死元凶父进程(一般不用)

严格的说，僵尸进程并不是问题的根源，罪魁祸首是产生大量僵死进程的父进程。因此，我们可以直接除掉元凶，通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号。元凶死后，僵尸进程进程变成孤儿进程，由init充当父进程，并回收资源。

或者运行：kill -9 父进程的pid值、

2)父进程用wait或waitpid去回收资源(方案不好)

父进程通过wait或waitpid等函数去等待子进程结束，但是不好，会导致父进程一直等待被挂起，相当于一个进程在干活，没有起到多进程的作用。

3)通过信号机制，在处理函数中调用wait，回收资源

通过信号机制，子进程退出时向父进程发送SIGCHLD信号，父进程调用signal(SIGCHLD,sig_child)去处理SIGCHLD信号，在信号处理函数sig_child()中调用wait进行处理僵尸进程。什么时候得到子进程信号，什么时候进行信号处理，父进程可以继续干其他活，不用去阻塞等待。

例子1：

#include

#include

#include

#include

#include

static void sig_child(int signo);

int main()

{

pid_t pid;

//创建捕捉子进程退出信号

signal(SIGCHLD,sig_child);

pid = fork();

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

else if (pid == 0)

{

printf("I am child process,pid id %d.I am exiting.n",getpid());

exit(0);

}

printf("I am father process.I will sleep two secondsn");

//等待子进程先退出

sleep(2);

//输出进程信息

system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");

printf("father process is exiting.n");

return 0;

}

static void sig_child(int signo)

{

pid_t pid;

int stat;

//处理僵尸进程

while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >0)

printf("child %d terminated.n", pid);

}

4)fork两次

fork两次，父进程fork一个子进程，子进程在fork出一个孙子进程，然后子进程立马退出，并由父进程去wait回收，这个过程不需要等待，然后父进程可以去干其他的活。孙子进程因为子进程退出会成为孤儿进程，那它可以由init充当父进程，并回收。这样父进程和孙子进程就可以同时干活，互不影响，就实现了多进程。

例子2：

#include

#include

#include

#include

int main()

{

pid_t pid;

//创建第一个子进程

pid = fork();

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

//第一个子进程

else if (pid == 0)

{

//子进程再创建子进程

printf("I am the first child process.pid:%dtppid:%dn",getpid(),getppid());

pid = fork();

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

//第一个子进程退出

else if (pid >0)

{

printf("first procee is exited.n");

exit(0);

}

//第二个子进程

//睡眠3s保证第一个子进程退出，这样第二个子进程的父亲就是init进程里

sleep(3);

printf("I am the second child process.pid: %dtppid:%dn",getpid(),getppid());

exit(0);

}

//父进程处理第一个子进程退出

if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)

{

perror("waitepid error:");

exit(1);

}

exit(0);

return 0;

}

四.补充测试程序

1)孤儿进程测试程序

#include

#include

#include

#include

int main()

{

pid_t pid;

//创建一个进程

pid = fork();

//创建失败

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

//子进程

if (pid == 0)

{

printf("I am the child process.n");

//输出进程ID和父进程ID

printf("pid: %dtppid:%dn",getpid(),getppid());

printf("I will sleep five seconds.n");

//睡眠5s，保证父进程先退出

sleep(5);

printf("pid: %dtppid:%dn",getpid(),getppid());

printf("child process is exited.n");

}

//父进程

else

{

printf("I am father process.n");

//父进程睡眠1s，保证子进程输出进程id

sleep(1);

printf("father process is exited.n");

}

return 0;

}

2)僵尸进程测试程序1

int main()

{

pid_t pid;

pid = fork();

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

else if (pid == 0)

{

printf("I am child process.I am exiting.n");

exit(0);

}

printf("I am father process.I will sleep two secondsn");

//等待子进程先退出

sleep(2);

//输出进程信息

system("ps -o pid,ppid,state,command");

printf("father process is exiting.n");

return 0;

}

3)僵尸进程测试程序2

#include

#include

#include

#include

int main()

{

pid_t pid;

//循环创建子进程

while(1)

{

pid = fork();

if (pid < 0)

{

perror("fork error:");

exit(1);

}

else if (pid == 0)

{

printf("I am a child process.nI am exiting.n");

//子进程退出，成为僵尸进程

exit(0);

}

else

{

//父进程休眠20s继续创建子进程

sleep(20);

continue;

}

}

return 0;

}

4)僵尸进程测试程序2--测试效果

运行可执行程序显示：

I am a child process.

I am exiting.

I am a child process.

I am exiting.

I am a child process.

I am exiting.

I am a child process.

I am exiting.

I am a child process.

I am exiting.

I am a child process.

I am exiting.

Killed

开另外一个终端：

运行：

ps -a -o pid,ppid,state,cmd

显示：(状态Z代表僵尸进程)

S PID PPID CMD

S 3213 2529 ./pid1

Z 3214 3213 [pid1]

Z 3215 3213 [pid1]

Z 3219 3213 [pid1]

Z 3220 3213 [pid1]

Z 3221 3213 [pid1]

R 3223 3104 ps -a -o state,pid,ppid,cmd

用第一种方法，解决僵尸进程，杀死其父进程

运行：kill -9 3213

注意：僵尸进程无法用kill直接杀死，如kill -9 3214，再用上面命令去查看进程状态，发现3214进程还在。