僵尸进程和孤儿进程

僵尸进程和孤儿进程问题是面试笔试常考的问题,主要涉及到Linux操作系统的知识

僵尸进程:一个子进程在其父进程还没有调用wait()或waitpid()的情况下退出。这个子进程就是僵尸进程。

孤儿进程:一个父进程退出,而它的一个或多个子进程还在运行,那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养,并由init进程对它们完成状态收集工作。


僵尸进程将会导致资源浪费,而孤儿则不会。

每个进程结束的时候,系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程,看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程,如果是的话,就由Init来接管他,成为他的父进程。


一个进程在调用exit命令结束自己的生命的时候,其实它并没有真正的被销毁,而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构(系统调用exit,它的作用是使进程退出,但也仅仅限于将一个正常的进程变成一个僵尸进程,并不能将其完全销毁)。直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放. 但这样就导致了问题,如果你进程不调用wait / waitpid的话, 那么保留的那段信息就不会释放,其进程号就会一定被占用,但是系统所能使用的进程号是有限的,如果大量的产生僵尸进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害,应当避免. 


僵尸进程的避免

1、父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束,这会导致父进程挂起

2. 如果父进程很忙,那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler,因为子进程结束后, 父进程会收到该信号,可以在handler中调用wait回收

3. 如果父进程不关心子进程什么时候结束,那么可以用signal(SIGCHLD, SIG_IGN) 通知内核,自己对子进程的结束不感兴趣,那么子进程结束后,内核会回收, 并不再给父进程发送信号

4. 还有一些技巧,就是fork两次,父进程fork一个子进程,然后继续工作,子进程fork一 个孙进程后退出,那么孙进程被init接管,孙进程结束后,init会回收。不过子进程的回收 还要自己做。

子进程结束后为什么要进入僵尸状态

因为父进程可能要取得子进程的退出状态等信息。

僵尸状态是每个子进程比经过的状态吗? 

是的。任何一个子进程(init除外)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。


以下是从coolshell上摘录的原文:

Linux 的僵尸(zombie)进程

可能很少有人意识到,在一个进程调用了exit之后,该进程 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。在Linux进程的5种状态中,僵尸进程是非常特殊的一种,它已经放弃了几乎所 有内存空间,没有任何可执行代码,也不能被调度,仅仅在进程列表中保留一个位置,记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集,除此之外,僵尸进程不再占有 任何内存空间。

僵尸进程的来由,要追溯到Unix,Unix的设计者们设计这个东西并非是因为闲来无事想装装酷什么的。上面说到,僵尸进程中保存着很多对程序员和系统管理员非常重要的信息,首先,这个进程是怎么死亡的?是正常退出呢,还是出现了错误,还是被其它进程强迫退出的?也就是说,这个程序的退出码是什么?其次,这个进程占用的总系统CPU时间和总用户CPU时间分别是多少?发生页错误的数目和收到信号的数目。这些信息都被存储在僵尸进程中,试想如果没有僵尸进程,进程执行多长我们并不知道,一旦其退出,所有与之相关的信息都立刻都从系统中清除,而如果此时父进程或系统管理员需要用到,就只好干瞪眼了。

所以,进程退出后,系统会把该进程的状态变成Zombie,然后给上一定的时间等着父进程来收集其退出信息,因为可能父进程正忙于别的事情来不及收集,所以,使用Zombie状态表示进程退出了,正在等待父进程收集信息中。

Zombie进程不可以用kill命令清楚,因为进程已退出,如果需要清除这样的进程,那么需要清除其父进程,或是等很长的时间后被内核清除。因为Zombie的进程还占着个进程ID号呢,这样的进程如果很多的话,不利于系统的进程调度。

下面,让我们来看看一个示例:

/* zombie.c */
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>  main()
{
    pid_t pid; 
    pid=fork();
    if(pid<0) { /* 如果出错 */ 
        printf("error occurred!\n");
    }else if(pid==0){ /* 如果是子进程 */ 
        exit(0);
    }else{  /* 如果是父进程 */ 
        sleep(60);  /* 休眠60秒 */ 
        wait(NULL); /* 收集僵尸进程 */
    }
}


编译这个程序:

$ cc zombie.c -o zombie


后台运行程序,以使我们能够执行下一条命令

$ ./zombie &
[1] 1217


列一下系统内的进程

$ ps -ax
... ...
1137   pts/0   S   0:00   -bash
1217   pts/0   S   0:00   ./zombie
1218   pts/0   Z   0:00   [zombie]
1578   pts/0   R   0:00   ps   -ax


其中的”Z”就是僵尸进程的标志,它表示1218号进程现在就是一个僵尸进程。

收集Zombie进程的信息,并终结这些僵尸进程,需要我们在父进程中使用waitpid调用和wait调用。这两者的作用都是收集僵尸进程留下的信息,同时使这个进程彻底消失。


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