垃圾进程之 D & Z

长期生活在 Linux 环境里，渐渐地就有一种环保意识油然而生。比如，我们会在登录提示里写上“悟空，我跟你说过叫你不要乱扔东西，乱扔东西是不对的。哎呀我话没说完你怎么把棍子扔掉了？月光宝盒是宝物，乱扔它会污染环境，要是砸到小朋友怎么办？就算砸不到小朋友，砸到了花花草草也不好嘛...”；在用户缺省目录里放一个题为 “自觉保护环境 请勿堆放垃圾”的空文件，并用chattr +i设为不可修改；看到垃圾文件就立即扫入/tmp 目录，然后发广播通知垃圾制造者自己去/tmp 认领，且警告其下不为例...我们深知，系统环境的整洁有利于系统管理员保持良好的心情、清晰的思路和稳定的工作状态。
有一类垃圾却并非这么容易打扫，那就是我们常见的状态为 D (Uninterruptible sleep)，以及状态为 Z (Zombie)的垃圾进程。这些垃圾进程要么是求而不得，像怨妇一般等待资源(D)，要么是僵而不死，像冤魂一样等待超度(Z)，它们在 CPU run_queue 里滞留不去，把 Load Average 弄的老高老高。怎么办？开枪！kill -9！看你们走是不走。但这两种垃圾进程偏偏是刀枪不入的，不管换哪种枪法都杀不掉它们。无奈，只好reboot，像剿灭禽流感那样不分青红皂白地一律扑杀！
悟空，我们所运维的可是24x7全天候对外部客户服务的系统，怎么能动不动就 reboot ？我们的考核指标可是4个9(99.99%，全年计划外当机时间不得超过52分钟34秒)，又不是4个8，你稍微遇到点事就reboot，还要不要可用性了？再说，现在社会都开始奔和谐去了，我们对于 D 和 Z 这两种垃圾进程，也该尽可能采取慈悲手段，能解决其困难的，就创造条件，解决其实际困难，能消除其冤结的，就诵经烧纸，消除其前世冤结，具体问题应具体分析具体解决，滥杀无辜只会导致冤冤相报因果循环...
贫僧还是回来说正题。怨妇 D，往往是由于 I/O 资源得不到满足，而引发等待，在内核源码 fs/proc/array.c 里，其文字定义为“ "D (disk sleep)", /* 2 */ ”（由此可知 D 原是Disk的打头字母），对应着 include/linux/sched.h 里的#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2。举个例子，当 NFS 服务端关闭之时，若未事先 umount 相关目录，在 NFS 客户端执行 df 就会挂住整个登录会话，按 Ctrl+C 、Ctrl+Z 都无济于事。断开连接再登录，执行 ps axf 则看到刚才的 df 进程状态位已变成了 D ，kill -9 无法杀灭。正确的处理方式，是马上恢复 NFS 服务端，再度提供服务，刚才挂起的 df 进程发现了其苦苦等待的资源，便完成任务，自动消亡。若 NFS 服务端无法恢复服务，在 reboot 之前也应将 /etc/mtab 里的相关 NFS mount 项删除，以免 reboot 过程例行调用 netfs stop 时再次发生等待资源，导致系统重启过程挂起。

D状态进程

有些出了问题的进程无法用kill杀掉，使用ps可以看到这些进程处于D状态。

D状态是uninterruptible sleep。

Linux进程有两种睡眠状态，一种interruptible sleep，处在这种睡眠状态的进程是可以通过给它发信号来唤醒的，比如发HUP信号给nginx的master进程可以让nginx重新加载配置文件而不需要重新启动nginx进程；另外一种睡眠状态是uninterruptible sleep，处在这种状态的进程不接受外来的任何信号，这也是为什么无法用kill杀掉这些处于D状态的进程，无论是kill, kill -9还是kill -15，因为它们压根儿就不受这些信号的支配。

进程为什么会被置于uninterruptible sleep状态呢？处于uninterruptible sleep状态的进程通常是在等待IO，比如磁盘IO，网络IO，其他外设IO，如果进程正在等待的IO在较长的时间内都没有响应，那么就很会不幸地被 ps看到了，同时也就意味着很有可能有IO出了问题，可能是外设本身出了故障，也可能是比如挂载的远程文件系统已经不可访问了。

正是因为得不到IO的相应，进程才进入了uninterruptible sleep状态，所以要想使进程从uninterruptible sleep状态恢复，就得使进程等待的IO恢复，比如如果是因为从远程挂载的NFS卷不可访问导致进程进入uninterruptible sleep状态的，那么可以通过恢复该NFS卷的连接来使进程的IO请求得到满足，除此之外，要想干掉处在D状态进程就只能重启整个Linux系统了。

如何杀掉D状态的进程？

基本想法就是修改内核，遍历进程列表，找到处于D状态的进程，将其状态转换为别的状态就可以kill掉了。
这是一种比较粗鲁的方法，可能会引起一些不良后果，暂时没有考虑。对于确切知道已经没有什么用处，不用做清理工作的，处于D状态怎么也杀不死的进程来说，确是很有效。

内核模块代码：
----------------killd.c----------------
#include 
#include 
#include  //for_each_process
MODULE_LICENSE("BSD");
static int pid = -1;
module_param(pid, int, S_IRUGO);
static int killd_init(void)
{
   struct task_struct * p;
   printk(KERN_ALERT "killd: force D status process to death\n");
   printk(KERN_ALERT "killd: pid=%d\n", pid);
   //read_lock(&tasklist_lock);
   for_each_process(p){
       if(p->pid == pid){
           printk("killd: found\n");
           set_task_state(p, TASK_STOPPED);
           printk(KERN_ALERT "killd: aha, dead already\n");
           return 0;
       }
   }
   printk("not found");
   //read_unlock(&tasklist_lock);
   return 0;
}
static void killd_exit(void)
{
   printk(KERN_ALERT "killd: bye\n");
}
module_init(killd_init);
module_exit(killd_exit);

-----Makefile------------
obj-m := killd.o
编译模块
make -C yourkerneltree M=`pwd` modules
插入模块的时候提供D状态的进程号，就可以将其转换为stopped状态，使用普通kill就可以杀死。
./insmod ./killd.ko pid=1234

僵尸进程

冤魂Z 之所以杀不死，是因为它已经死了，否则怎么叫 Zombie呢？冤魂不散，自然是生前有结未解之故。在UNIX/Linux中，每个进程都有一个父进程，进程号叫PID（Process ID），相应地，父进程号就叫PPID（Parent PID）。当进程死亡时，它会自动关闭已打开的文件，舍弃已占用的内存、交换空间等等系统资源，然后向其父进程返回一个退出状态值，报告死讯。如果程序有 bug，就会在这最后一步出问题。儿子说我死了，老子却没听见，没有及时收棺入殓，儿子便成了僵尸。

在UNIX/Linux中消灭僵尸的手段比较残忍，执行ps axjf找出僵尸进程的父进程号（PPID，第一列），先杀其父，然后再由进程天子 init（其PID为1，PPID为0）来一起收拾父子僵尸，超度亡魂，往生极乐。注意，子进程变成僵尸只是碍眼而已，并不碍事，如果僵尸的父进程当前有要务在身，则千万不可贸然杀之。

关于ZOMBIE进程：
这些进程已经死亡，但没有释放系统资源，包括内存和一些系统表等，如果这样的进程很多，会引发系统问题。用ps -el看出的进程状态如果是Z，就是僵尸进程。

ps -ef | grep defunc   # 可以找出僵尸进程

有些ZOMBIE进程时用kill -9也不能杀死，而且消耗了很多系统资源不能释放，如果系统在shutdown时发出信息:some process wouldn’t die. 这就意味这有些进程不能被reboot发出的kill –9杀掉，这些很可能就是僵尸进程。

可以用ps的-l选项,得到更详细的进程信息.

F(Flag)：一系列数字的和，表示进程的当前状态。这些数字的含义为：

00：若单独显示，表示此进程已被终止。 
01：进程是核心进程的一部分，常驻于系统主存。如：sched、 vhand 、bdflush 等。 
02：Parent is tracing process. 
04：Tracing parent's signal has stopped the process; the parent　is waiting ( ptrace(S)). 
10：进程在优先级低于或等于25时，进入休眠状态，而且不能用信号唤醒，例如在等待一个inode被创建时　　　 
20：进程被装入主存（primary memory） 
40：进程被锁在主存，在事务完成前不能被置换　　　e 

S(state of the process )

O：进程正在处理器运行　 ms这个状态从来木见过， 倒是R常见
S：休眠状态（sleeping） 
R：等待运行（runable）  R Running or runnable (on run queue) 进程处于运行或就绪状态
I：空闲状态（idle） 
Z：僵尸状态（zombie）　　　 
T：跟踪状态（Traced） 
B：进程正在等待更多的内存页 
D：不可中断的深度睡眠，一般由IO引起，同步IO在做读或写操作时，cpu不能做其它事情，只能等待，这时进程处于这种状态，如果程序采用异步IO，这种状态应该就很少见到了
C(cpu usage)：cpu利用率的估算值

清除ZOMBIE（僵尸）进程可以使用如下方法：

1> kill –18 PPID （PPID是其父进程）
这个信号是告诉父进程，该子进程已经死亡了，请收回分配给他的资源。
2> 如果不行则看能否终止其父进程（如果其父进程不需要的话）。先看其父进程又无其他子进程，如果有，可能需要先kill其他子进程，也就是兄弟进程。方法是：
kill –15 PID1 PID2 (PID1,PID2是僵尸进程的父进程的其它子进程)。
然后再kill父进程：kill –15 PPID 这样僵尸进程就可能被完全杀掉了。

参考目录：
http://blog.xupeng.me/2009/07/09/linux-uninterruptible-sleep-state/