linux下僵尸进程(Defunct进程)的产生与避免

在测试基于 DirectFB+Gstreamer 的视频联播系统的一个 Demo 的时候，其中大量使用 system 调用的语句，例如在 menu 代码中的 system("./play") ，而且多次执行，这种情况下，在 ps -ef 列表中出现了大量的 defunct 进程，对程序的运行时有害的。按说system的源码中应该已经包含了wait，但也不能排除开发板上这个版本的system中可能没有wait，总之，开发板上在调用system后添加wait之后，defunct进程不复存在了。

下面谈谈 defunct 进程，中文翻译叫僵尸进程。下文整理于网络以及APUE一书。

一、什么是僵尸进程

在UNIX 系统中，一个进程结束了，但是他的父进程没有等待(调用wait / waitpid)他，那么他将变成一个僵尸进程。当用ps命令观察进程的执行状态时，看到这些进程的状态栏为defunct。僵尸进程是一个早已死亡的进程，但在进程表（processs table）中仍占了一个位置（slot）。

但是如果该进程的父进程已经先结束了，那么该进程就不会变成僵尸进程。因为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进程来接管他，成为他的父进程，从而保证每个进程都会有一个父进程。而Init进程会自动wait其子进程,因此被Init接管的所有进程都不会变成僵尸进程。

二、UNIX下进程的运作方式

每个Unix进程在进程表里都有一个进入点（entry），核心进程执行该进程时使用到的一切信息都存储在进入点。当用 ps 命令察看系统中的进程信息时，看到的就是进程表中的相关数据。当以fork()系统调用建立一个新的进程后，核心进程就会在进程表中给这个新进程分配一个进入点，然后将相关信息存储在该进入点所对应的进程表内。这些信息中有一项是其父进程的识别码。

子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程，即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束。那么会不会因为父进程太忙来不及 wait 子进程，或者说不知道子进程什么时候结束，而丢失子进程结束时的状态信息呢？

不会。因为UNIX提供了一种机制可以保证，只要父进程想知道子进程结束时的状态信息，就可以得到。这种机制就是：当子进程走完了自己的生命周期后，它会执行exit()系统调用，内核释放该进程所有的资源，包括打开的文件，占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息（包括进程号the process ID，退出码exit code，退出状态the terminationstatus of the process，运行时间the amount of CPU time taken by the process等），这些数据会一直保留到系统将它传递给它的父进程为止，直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放。

也就是说，当一个进程死亡时，它并不是完全的消失了。进程终止，它不再运行，但是还有一些残留的数据等待父进程收回。当父进程 fork() 一个子进程后，它必须用 wait() （或者 waitpid()）等待子进程退出。正是这个 wait() 动作来让子进程的残留数据消失。

三、僵尸进程的危害

如果父进程不调用wait / waitpid的话，那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统的进程表容量是有限的，所能使用的进程号也是有限的，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。

所以，defunct进程不仅占用系统的内存资源，影响系统的性能，而且如果其数目太多，还会导致系统瘫痪。而且，由于调度程序无法选中Defunct 进程，所以不能用kill命令删除Defunct 进程，惟一的方法只有重启系统。

四、僵尸进程的产生

如果子进程死亡时父进程没有 wait()，通常用 ps 可以看到它被显示为“<defunct>”，这样就产生了僵尸进程。它将永远保持这样直到父进程 wait()。

由此可见，defunct进程的出现时间是在子进程终止后，但是父进程尚未读取这些数据之前。利用这一点我们可以用下面的程序建立一个defunct 进程：

 #include <stdio.h>

 #include<sys/types.h>

 main()
 {

     if(!fork())
     {

         printf(“child pid=%d\n”, getpid());

         exit(0);

     }

     sleep(20);

     printf(“parent pid=%d \n”, getpid());

     exit(0);

 }

 

当上述程序以后台的方式执行时，第17行强迫程序睡眠20秒，让用户有时间输入ps -e指令，观察进程的状态，我们看到进程表中出现了defunct进程。当父进程执行终止后，再用ps -e命令观察时，我们会发现defunct进程也随之消失。这是因为父进程终止后，init 进程会接管父进程留下的这些“孤儿进程”（orphan process），而这些“孤儿进程”执行完后，它在进程表中的进入点将被删除。如果一个程序设计上有缺陷，就可能导致某个进程的父进程一直处于睡眠状态或是陷入死循环，父进程没有wait子进程，也没有终止以使Init接管，该子进程执行结束后就变成了defunct进程，这个defunct 进程可能会一直留在系统中直到系统重新启动。

 

 

在看一个产生僵尸进程的例子。

子进程要执行的程序test_prog

 

 

 //test.c
 #include <stdio.h>
 int main()
 {
         int i = 0;
         for (i = 0 ; i < 10; i++)
         {
                 printf ("child time %d\n", i+1);
                 sleep (1);
         }
         return 0;
 }

 

 

 

父进程father的代码father.c

 

 

 #include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/types.h>
 #include <sys/wait.h>
 int main()
 {
         int pid = fork ();
         if (pid == 0)
         {
                 system ("./test_prog");
                 _exit (0);
         }else
         {
                 int i = 0;
                 /*
                                 int status = 0;
                 while (!waitpid(pid, &status, WNOHANG))
                 {
                         printf ("father waiting%d\n", ++i);
                         sleep (1);
                 }*/
                 while (1)
                 {
                         printf ("father waiting over%d\n", ++i);
                         sleep (1);
                 }
                 return 0;
         }

 }

 

 

 

执行./father,当子进程退出后，由于父进程没有对它的退出进行关注，会出现僵尸进程

 

 

 20786 pts/0    00:00:00 father
 20787 pts/0    00:00:00 father <defunct>

 

    总结：子进程成为 defunct 直到父进程 wait()，除非父进程忽略了 SIGCLD 。更进一步，父进程没有 wait() 就消亡（仍假设父进程没有忽略 SIGCLD ）的子进程（活动的或者 defunct）成为 init 的子进程，init 着手处理它们。

五、如何避免僵尸进程

 

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。

 

在上个例子中，如果我们略作修改，在第8行sleep()系统调用前执行wait()或waitpid()系统调用，则子进程在终止后会立即把它在进程表中的数据返回给父进程，此时系统会立即删除该进入点。在这种情形下就不会产生defunct进程。

2. 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler。在子进程结束后，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(SIGCLD, SIG_IGN)或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. 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。 下面就是Stevens给的采用两次folk避免僵尸进程的示例：

 

 

 #include "apue.h"
 #include <sys/wait.h>

 int
 main(void)
 ...{
      pid_t    pid;

     if ((pid = fork()) < 0) ...{
          err_sys("fork error");
      } else if (pid == 0) ...{     /**//* first child */
         if ((pid = fork()) < 0)
              err_sys("fork error");
         else if (pid > 0)
              exit(0);    /**//* parent from second fork == first child */
         /**//*
           * We're the second child; our parent becomes init as soon
           * as our real parent calls exit() in the statement above.
           * Here's where we'd continue executing, knowing that when
           * we're done, init will reap our status.
          */
          sleep(2);
          printf("second child, parent pid = %d ", getppid());
          exit(0);
      }

     if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)  /**//* wait for first child */
          err_sys("waitpid error");

     /**//*
       * We're the parent (the original process); we continue executing,
       * knowing that we're not the parent of the second child.
      */
      exit(0);
 }