Linux进程理解与实践（二）僵尸&孤儿进程 和文件共享

孤儿进程与僵尸进程

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：任何一个进程都必须有父进程）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>

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: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
        printf("I will sleep five seconds.\n");
        //睡眠5s，保证父进程先退出
        sleep(5);
        printf("pid: %d\tppid:%d\n",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;
}

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。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>

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 seconds\n");
    //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;
}

<defunct>僵尸进程

孤儿进程由init处理，并不会有什么危害。但是僵尸进程的大量存在会占用PID等资源，可能会导致系统无法产生新的进程。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(Zombie)的数据结构，等待父进程处理。这是每个 子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit()之后，父进程没有来得及处理，这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理，可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态，但这并不等于子进程不经过僵尸状态。  如果父进程在子进程结束之前退出，则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理

避免僵尸进程

 通过信号机制

  对于某些进程，特别是服务器进程往往在请求到来时生成子进程处理请求。如果父进程不等待子进程结束，子进程将成为僵尸进程（zombie）从而占用系统资源。如果父进程等待子进程结束，将增加父进程的负担，影响服务器进程的并发性能。在Linux下可以简单地将 SIGCHLD信号的操作设为SIG_IGN。

  也就是说忽略SIGCHLD信号，这是常用于并发服务器的性能的一个技巧。因为并发服务器常常fork很多子进程，子进程终结之后需要服务器进程去wait清理资源。如果将此信号的处理方式设为忽略，可让内核把僵尸子进程转交给init进程去处理，省去了大量僵尸进程占用系统资源。(Linux Only)

测试程序如下所示：

 //示例: 避免僵尸进程
 int main(int argc, char *argv[])
 {
     signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
     pid_t pid = fork();
     if (pid < 0)
         err_exit("fork error");
     else if (pid == 0)
         exit(0);
     else
     {
         sleep(50);
     }
     exit(0);
 }

文件共享

   父进程的所有文件描述符都被复制到子进程中, 就好像调用了dup函数, 父进程和子进程每个相同的打开文件描述符共享一个文件表项(因此, 父子进程共享同一个文件偏移量);

 //根据上图: 理解下面这段程序和下图的演示
 int main(int argc, char *argv[])
 {
     signal(SIGCHLD, SIG_IGN);

     int fd = open("test.txt", O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0666);
     if (fd == -1)
         err_exit("file open error");

     cout << "We Don`t flash memory\n";

     char buf[BUFSIZ];
     bzero(buf, sizeof(buf));

     pid_t pid = fork();
     if (pid < 0)
         err_exit("fork error");
     else if (pid > 0)
     {
         strcpy(buf, "Parent...");
         write(fd, buf, strlen(buf));
         close(fd);
         cout << "fd = " << fd << endl;
         exit(0);
     }
     else if (pid == 0)
     {
         strcpy(buf, "Child...");
         write(fd, buf, strlen(buf));
         close(fd);
         cout << "fd = " << fd << endl;
         exit(0);
     }
 }

结果是fd（文件描述符）的值相等。这说明父子进程共享同一个文件描述符，当然文件偏移量等信息也是共享的。  

fork与vfork的区别

1. fork子进程拷贝父进程的数据段(但是现在提供了写时复制技术,只有当子进程真正需要写内存时,才复制出该内存的一段副本),因此,在父进程/子进程中对全局变量所做的修改并不会影响子进程/父进程的数据内容.

    vfork子进程与父进程共享数据段,因此父子进程对数据的更新是同步的；

2. fork父、子进程的执行次序是未知的,取决于操作系统的调度算法

    vfork：子进程先运行，父进程后运行；

3. 如果创建子进程是为了调用exec执行一个新的程序的时候，就应该使用vfork，但是你在vfork后执行其它语句却是非常危险的，因为很容易和父进程产生冲突。

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    pid_t pid;
    int count = 0;
    pid=vfork();
    count++;
    printf("count=%d\n",count);
    return 0;
}

在学习linux进程编程的时候遇到一个问题，就是使用vfork()函数以后本以为下面会打印出1和2，但是结果却出人意料。

打印出的结果是：

count=1
count=1
Segmentation fault

出现了段错误，经过查证得知，vfork()创建子进程成功后是严禁使用return的，只能调用exit()或者exec族的函数，否则后果不可预料，在main函数里return和exit()效果一样是有前提的：没有调用vfork。

(如果return处什么都没有也会出现段错误，结果如下

count=1
count=9
Segmentation fault

)