16、Linux中的僵尸进程

解释一：[1,2]

●Unix编程中所谓"僵尸进程"指什么，什么情况下会产生僵尸进程，如何杀掉僵尸进程:

在fork()/execve()过程中，假设子进程结束时父进程仍存在，而父进程fork()之前既没安装SIGCHLD信号处理函数调用wait或waitpid()等待子进程结束，又没有显式忽略该信号，则子进程成为僵尸进程，无法正常结束，此时即使是root身份kill -9也不能杀死僵尸进程（僵死进程实际上是已死的进程，你当然不能杀死一个死人）

●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(如供父进程)，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间。从这点来看，僵尸进程虽然有一个很酷的名字，但它的影响力远远抵不上那些真正的僵尸兄弟，真正的僵尸总能令人感到恐怖，而僵尸进程却除了留下一些供人凭吊的信息，对系统毫无作用。

●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。僵尸进程虽然对其他进程几乎没有什么影响，不占用CPU时间，消耗的内存也几乎可以忽略不计，但有它在那里呆着，还是让人觉得心里很不舒服。而且Linux系统中进程数目是有限制的，在一些特殊的情况下，如果存在太多的僵尸进程，也会影响到新进程的产生。

●如何清理僵尸进程：用wait()和waitpid()系统调用可以清理僵尸进程,或者杀死僵尸进程的父进程(僵尸进程的父进程必然存在)，僵尸进程成为"孤儿进程"，过继给1号进程init，init始终会负责清理僵尸进程。

下面这段比喻形容了进程的一生,也更容易看出僵尸进程所处的阶段:

随着一句fork，一个新进程呱呱落地，但它这时只是老进程的一个克隆。

然后随着exec，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。

人有生老病死，进程也一样，它可以是自然死亡，即运行到main函数的最后一个"}"，从容地离我们而去；也可以是自杀，自杀有2种方式，一种是调用exit函数，一种是在main函数内使用return，无论哪一种方式，它都可以留下遗书，放在返回值里保留下；它还甚至能可被谋杀，被其它进程通过另外一些方式结束他的生命。

进程死掉以后，会留下一具僵尸，wait和waitpid充当了殓尸工，把僵尸推去火化，使其最终归于无形。

这就是进程完整的一生。[1,2]

处理：

*显式忽略SIGCHLD信号是指类似这样的代码:

signal( SIGCHLD, SIG_IGN );

*安装SIGCHLD信号句柄是指类似这样的代码:

static void on_sigchld ( int signo )

...{

pid_t pid;

int   status;

while ( ( pid = waitpid( -1, &status, WNOHANG ) ) > 0 )

...{

/*

演示用，不推荐在信号句柄中使用fprintf()

*/

fprintf( stderr, "child <%u> terminated", ( unsigned int )pid );

}

return;

}  /**//* end of on_sigchld */

... ...

signal( SIGCHLD, on_sigchld );

当然，不建议使用signal()，应该使用sigaction()。[1]

解释二：[3]

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？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，进程一退出，所有与之相关的信息都立刻归于无形，而此时程序员或系统管理员需要用到，就只好干瞪眼了。

那么，我们如何收集这些信息，并终结这些僵尸进程呢？就要靠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。

wait

pid_t wait(int *status)

1）进程一旦调用了wait，就立即阻塞自己，由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出，如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程，wait就会收集这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞在这里，直到有一个出现为止。

参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态，它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意，只想把这个僵尸进程消灭掉，（事实上绝大多数情况下，我们都会这样想），我们就可以设定这个参数为NULL，就象下面这样：

pid = wait(NULL);

如果成功，wait会返回被收集的子进程的进程ID，如果调用进程没有子进程，调用就会失败，此时wait返回-1，同时errno被置为ECHILD。

参数status

如果参数status的值不是NULL，wait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中，这是一个整数值（int），指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的（一个进程也可以被其他进程用信号结束），以及正常结束时的返回值，或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中，所以用常规的方法读取会非常麻烦，人们就设计了一套专门的宏（macro）来完成这项工作，下面我们来学习一下其中最常用的两个：

● WIFEXITED(status)

这个宏用来指出子进程是否为正常退出的，如果是，它会返回一个非零值。

（请注意，虽然名字一样，这里的参数status并不同于wait唯一的参数--指向整数的指针status，而是那个指针所指向的整数，切记不要搞混了。）

● WEXITSTATUS(status)

当WIFEXITED返回非零值时，我们可以用这个宏来提取子进程的返回值，如果子进程调用exit(5)退出，WEXITSTATUS (status)就会返回5；如果子进程调用exit(7)，WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意，如果进程不是正常退出的，也就是说，WIFEXITED返回0，这个值就毫无意义。

#include

#include

#include

main()

{

int status;

pid_t pc,pr;

pc=fork();

if(pc<0) /* 如果出错 */

printf("error ocurred!n");

else if(pc==0){ /* 子进程 */

printf("This is child process with pid of %d.n",getpid());

exit(3); /* 子进程返回3 */

}

else{ /* 父进程 */

pr=wait(&status);

if(WIFEXITED(status)){ /* 如果WIFEXITED返回非零值 */

printf("the child process %d exit normally.n",pr);

printf("the return code is %d.n",WEXITSTATUS(status));

}

else /* 如果WIFEXITED返回零 */

printf("the child process %d exit abnormally.n",pr);

}

}

有兴趣的读者可以自己参阅Linux man pages去了解它们的用法。

2）进程同步

有时候，父进程要求子进程的运算结果进行下一步的运算，或者子进程的功能是为父进程提供了下一步执行的先决条件（如：子进程建立文件，而父进程写入数据），此时父进程就必须在某一个位置停下来，等待子进程运行结束，而如果父进程不等待而直接执行下去的话，可以想见，会出现极大的混乱。这种情况称为进程之间的同步，更准确地说，这是进程同步的一种特例。进程同步就是要协调好2个以上的进程，使之以安排好地次序依次执行。

#include

#include

main()

{

pid_t pc, pr;

int status;

pc=fork();

if(pc<0)

printf("Error occured on forking.n");

else if(pc==0){

/* 子进程的工作 */

exit(0);

}else{

/* 父进程的工作 */

pr=wait(&status);

/* 利用子进程的结果 */

}

}

这段程序只是个例子，不能真正拿来执行，但它却说明了一些问题，首先，当fork调用成功后，父子进程各做各的事情，但当父进程的工作告一段落，需要用到子进程的结果时，它就停下来调用wait，一直等到子进程运行结束，然后利用子进程的结果继续执行，这样就圆满地解决了我们提出的进程同步问题。

waitpid

pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)

从本质上讲，系统调用waitpid和wait的作用是完全相同的，但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pid和options，从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数：

● pid

从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出，这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时，在这里有不同的意义。

pid>0时，只等待进程ID等于pid的子进程，不管其它已经有多少子进程运行结束退出了，只要指定的子进程还没有结束，waitpid就会一直等下去。

pid=-1时，等待任何一个子进程退出，没有任何限制，此时waitpid和wait的作用一模一样。

pid=0时，等待同一个进程组中的任何子进程，如果子进程已经加入了别的进程组，waitpid不会对它做任何理睬。

pid<-1时，等待一个指定进程组中的任何子进程，这个进程组的ID等于pid的绝对值。

● options

options提供了一些额外的选项来控制waitpid，目前在Linux中只支持WNOHANG和WUNTRACED两个选项，这是两个常数，可以用"|"运算符把它们连接起来使用，比如：

ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

如果我们不想使用它们，也可以把options设为0，如：

ret=waitpid(-1,NULL,0);

如果使用了WNOHANG参数调用waitpid，即使没有子进程退出，它也会立即返回，不会像wait那样永远等下去。

而WUNTRACED参数，由于涉及到一些跟踪调试方面的知识，加之极少用到，有兴趣的读者可以自行查阅相关材料。

可以看出，wait不就是经过包装的waitpid。察看<内核源码目录>/include/unistd.h文件349-352行就会发现以下程序段：

static inline pid_t wait(int * wait_stat)

{

return waitpid(-1,wait_stat,0);

}

返回值和错误

waitpid的返回值比wait稍微复杂一些，一共有3种情况：

● 当正常返回的时候，waitpid返回收集到的子进程的进程ID；

● 如果设置了选项WNOHANG，而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集，则返回0；

● 如果调用中出错，则返回-1，这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在；

当pid所指示的子进程不存在，或此进程存在，但不是调用进程的子进程，waitpid就会出错返回，这时errno被设置为ECHILD；

/* waitpid.c */

#include

#include

#include

main()

{

pid_t pc, pr;

pc=fork();

if(pc<0) /* 如果fork出错 */

printf("Error occured on forking.n");

else if(pc==0){ /* 如果是子进程 */

sleep(10); /* 睡眠10秒 */

exit(0);

}

/* 如果是父进程 */

do{

pr=waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG参数，waitpid不会在这里等待 */

if(pr==0){ /* 如果没有收集到子进程 */

printf("No child exitedn");

sleep(1);

}

}while(pr==0); /* 没有收集到子进程，就回去继续尝试 */

if(pr==pc)

printf("successfully get child %dn", pr);

else

printf("some error occuredn");

}

更详细参见[3]。

Linux中的进程基本状态：

    1、执行(R)状态：CPU正在执行，即进程正在占用CPU。

    2、就绪(W)状态：进程已经具备的执行的一切条件，正在等待分配CPU的处理时间片。

3、停止(S)状态：进程不能使用CPU。

三个函数：

fork();功能:创建一个新的进程。（fork()<0[出错]、fork()==0[子进程]、fork()>0[父进程]

wait();功能：真正结束进程（收尸）。

exec();功能：执行外部程序。[4]

参考：

[1] http://blog.csdn.net/dai_weitao/archive/2007/08/01/1721184.aspx

[2] http://blog.csdn.net/upcuiling/archive/2006/04/26/678498.aspx

[3] http://blog.csdn.net/xjtuse_mal/archive/2007/05/31/1632185.aspx(详细)

[4] http://blog.csdn.net/stevexk/archive/2006/05/15/729215.aspx