Linux进程编程实践2——进程状态、模拟实现僵尸进程和孤儿进程

一、Linux进程状态

操作系统的经典三态为：就绪、阻塞、运行
对于Linux内核来说我们可以在kernel源代码里看到进程的状态

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

• R运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
• S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠
• D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
• T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
• X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态
• Z僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程。
• 僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

二、僵尸进程

2.1 什么是僵尸进程？

如果子进程先退出，父进程还没退出，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就成为僵尸进程。之所以被称为僵死进程是因为他虽然死掉了，但依然在进程表中存在。

2.2 模拟实现僵尸进程

僵尸进程的原理是子进程先退出，而父进程没有捕获到子进程的退出状态，这是子进程就变成了一个僵尸进程，我们利用fork()来创建出一个子进程，并于10s后退出

#include
#include
#include

int main()
{
  pid_t ret = fork();
  if(ret < 0)
  {
    printf("创建进程失败！\n");
  }
  else if(ret == 0)
  {
    int count = 0;
    while(count++ < 5)
    {
      printf("我是子进程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(2);
    }
    exit(0);
  }
  else
  {
    while(1)
    {
      printf("我是父进程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(1);
    }
  }
  sleep(1);
  return 0;
}

上述代码编译后运行，可以看到如下效果

我们另开一个窗口并编写一个监测进程脚本来查看进程的状态

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 06-zombie| grep -v grep; sleep 1 ; echo "#############"; done

这样僵尸进程就被模拟出来了

Q1：为什么会有僵尸进程？

• 给进程设置僵尸状态的目的是维护子进程的信息，以便父进程在以后某个时间获取。
• 这些信息包括子进程的进程ID、终止状态以及资源利用信息(CPU时间，内存使用量等等)。
• • 如果一个进程终止，而该进程有子进程处于僵尸状态，那么它的所有僵尸子进程的父进程ID将被重置为1（init进程）。继承这些子进程的init进程将清理它们(init进程将wait它们，从而去除僵尸状态)。

Q2：僵尸进程的危害有哪些？

• 僵尸进程存在的原因是为了维护子进程的信息，如果父进程不读取子进程的退出状态，那么子进程会一直维持僵尸状态！
• 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说， Z状态一直不退出， PCB一直都要维护
• 结构体本身占用内存，如果Z状态一直不退出，就会造成内存资源的浪费！
• 造成内存泄漏！

三、孤儿进程

3.1 什么是孤儿进程？

如果父进程先退出，子进程还没退出那么子进程的父进程将变为init进程。

注意：

• 任何一个进程都必须由父进程
• 如果父亲进程先结束，子进程会托孤给1号进程

3.2 模拟实现孤儿进程

僵尸进程的模拟实现是通过fork()创建子进程并先于父进程退出就可以实现，同理，孤儿进程只需要让父进程先于子进程退出即可，只需对代码逻辑稍加修改就能实现

#include
#include
#include

int main()
{
  pid_t ret = fork();
  if(ret < 0)
  {
    printf("创建进程失败！\n");
  }
  else if(ret > 0)
  {
    int count = 0;
    while(count++ < 5)
    {
      printf("我是父进程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(2);
    }
    exit(0);
  }
  else
  {
    while(1)
    {
      printf("我是子进程(id:%d)\n",getpid());
      sleep(1);
    }
  }
  sleep(1);
  return 0;
}

编译运行上述代码：

我们另开一个窗口并编写一个监测进程脚本来查看进程的状态

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 07-orphan | grep -v grep; sleep 1 ; echo "#############"; done