linux下開發(fā)避免僵尸進(jìn)程的方法

一、什么是僵死進(jìn)程？

一般情況下，程序調(diào)用exit（包括_exit和_Exit,它們的區(qū)別這里不做解釋），它的絕大多數(shù)內(nèi)存和相關(guān)的資源已經(jīng)被內(nèi)核釋放掉，但是在進(jìn)程表中這個進(jìn)程項（entry）還保留著（進(jìn)程ID，退出狀態(tài)，占用的資源等等），你可能會問，為什么這么麻煩，直接釋放完資源不就行了嗎？這是因為有時它的父進(jìn)程想了解它的退出狀態(tài)。在子進(jìn)程退出但還未被其父進(jìn)程“收尸”之前，該子進(jìn)程就是僵死進(jìn)程，或者僵尸進(jìn)程。如果父進(jìn)程先于子進(jìn)程去世，那么子進(jìn)程將被init進(jìn)程收養(yǎng)，這個時候init就是這個子進(jìn)程的父進(jìn)程。

所以一旦出現(xiàn)父進(jìn)程長期運行，而又沒有顯示調(diào)用wait或者waitpid，同時也沒有處理SIGCHLD信號，這個時候init進(jìn)程就沒有辦法來替子進(jìn)程收尸，這個時候，子進(jìn)程就真的成了“僵尸”了。

二、僵死進(jìn)程與孤兒進(jìn)程的區(qū)別？

回答這個問題很簡單，就是爸爸（父進(jìn)程）和兒子（子進(jìn)程）誰先死的問題！

如果當(dāng)兒子還在世的時候，爸爸去世了，那么兒子就成孤兒了，這個時候兒子就會被init收養(yǎng)，換句話說，init進(jìn)程充當(dāng)了兒子的爸爸，所以等到兒子去世的時候，就由init進(jìn)程來為其收尸。

如果當(dāng)爸爸還活著的時候，兒子死了，這個時候如果爸爸不給兒子收尸，那么兒子就會變成僵尸進(jìn)程。

三、僵死進(jìn)程的危害？

1. 僵死進(jìn)程的PID還占據(jù)著，意味著海量的子進(jìn)程會占據(jù)滿進(jìn)程表項，會使后來的進(jìn)程無法fork.
2. 僵死進(jìn)程的內(nèi)核棧無法被釋放掉（1K 或者 2K大?。?，為啥會留著它的內(nèi)核棧，因為在棧的最低端，有著thread_info結(jié)構(gòu)，它包含著 struct_task 結(jié)構(gòu)，這里面包含著一些退出信息。

四、避免僵死進(jìn)程的方法

網(wǎng)上搜了下，總結(jié)有三種方方法：

① 程序中顯示的調(diào)用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)來忽略SIGCHLD信號，這樣子進(jìn)程結(jié)束后，由內(nèi)核來wai和釋放資源

② fork兩次，第一次fork的子進(jìn)程在fork完成后直接退出，這樣第二次fork得到的子進(jìn)程就沒有爸爸了，它會自動被老祖宗init收養(yǎng)，init會負(fù)責(zé)釋放它的資源，這樣就不會有“僵尸”產(chǎn)生了

③ 對子進(jìn)程進(jìn)行wait，釋放它們的資源，但是父進(jìn)程一般沒工夫在那里守著，等著子進(jìn)程的退出，所以，一般使用信號的方式來處理，在收到SIGCHLD信號的時候，在信號處理函數(shù)中調(diào)用wait操作來釋放他們的資源。

五、對每個避免僵死進(jìn)程方法的解析與總結(jié)

首先我們讓我們來看一個生成僵尸進(jìn)程的程序zombie.c如下：

#include < stdio.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < unistd.h >  
  
int main(int argc, const char *argv[])  
{  
    int i;  
    pid_t pid;  
  
    for (i = 0; i < 10; i++) {  
        if ((pid = fork()) == 0)    /* child */  
            _exit(0);  
    }  
    sleep(10);  
  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

運行程序，在10s睡眠期間使用ps查看進(jìn)程，你會發(fā)現(xiàn)有10個標(biāo)記為“defunct”的僵尸進(jìn)程：

接下來看第一種方法，程序avoid_zombie1.c如下:

#include < stdio.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < signal.h >  
#include < unistd.h >  
#include < errno.h >  
  
int main(int argc, const char *argv[])  
{  
    pid_t pid;  
  
    if (SIG_ERR == signal(SIGCHLD, SIG_IGN)) {  
        perror("signal error");  
        _exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    while (1) {  
        if ((pid = fork()) == 0)    /* child */  
            _exit(0);  
    }  
  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

程序運行期間通過ps命令的確沒有發(fā)現(xiàn)僵尸進(jìn)程的存在。

在man文檔中有這段話：

Note that even though the default disposition of SIGCHLD is "ignore", explicitly setting the disposition to SIG_IGN results in different treatment of zombie process children.

意思是說盡管系統(tǒng)對信號SIGCHLD的默認(rèn)處理就是“ignore”，但是顯示的設(shè)置成SIG_IGN的處理方式在在這里會表現(xiàn)不同的處理方式（即子進(jìn)程結(jié)束后，資源由系統(tǒng)自動收回，所以不會產(chǎn)生僵尸進(jìn)程），這是信號SIGCHLD與其他信號的不同之處。

在man文檔中同樣有這樣一段話：

The original POSIX standard left the behavior of setting SIGCHLD to SIG_IGN unspecified. 看來這個方法不是每個平臺都使用，尤其在一些老的系統(tǒng)中，兼容性不是很好，所以如果你在寫一個可移植的程序的話，不推薦使用這個方法。

第二種方法，即通過兩次fork來避免僵尸進(jìn)程，我們來看一個例子avoid_zombie2.c：

#include < stdio.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < signal.h >  
#include < unistd.h >  
#include < errno.h >  
  
int main(int argc, const char *argv[])  
{  
    pid_t pid;  
  
    while (1) {  
        if ((pid = fork()) == 0) {  /* child */  
            if ((pid = fork()) > 0)  
                _exit(0);  
            sleep(1);  
            printf("grandchild, parent id = %ldn",  
                            (long)getppid());  
            _exit(0);  
        }  
        if (waitpid(-1, NULL, 0) != pid) {  
            perror("waitpid error");  
            _exit(EXIT_FAILURE);  
        }  
    }  
  
    exit(EXIT_SUCCESS);  
}

這的確是個有效的辦法，但是我想這個方法不適宜網(wǎng)絡(luò)并發(fā)服務(wù)器中，應(yīng)為fork的效率是不高的。

最后來看第三種方法， 也是最通用的方法

先看我們的測試程序avoid_zombie3.c

#include < stdio.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < errno.h >  
#include < string.h >  
#include < libgen.h >  
#include < signal.h >  
#include < unistd.h >  
#include < sys/wait.h >  
#include < sys/types.h >  
  
  
void avoid_zombies_handler(int signo)  
{  
    pid_t pid;  
    int exit_status;  
    int saved_errno = errno;  
  
    while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0) {  
        /* do nothing */  
    }  
  
    errno = saved_errno;  
}  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    pid_t pid;  
    int status;  
    struct sigaction child_act;   
  
    memset(&child_act, 0, sizeof(struct sigaction));  
    child_act.sa_handler = avoid_zombies_handler;  
    child_act.sa_flags = SA_RESTART | SA_NOCLDSTOP;   
    sigemptyset(&child_act.sa_mask);  
    if (sigaction(SIGCHLD, &child_act, NULL) == -1) {  
        perror("sigaction error");  
        _exit(EXIT_FAILURE);  
    }  
  
    while (1) {  
        if ((pid = fork()) == 0) {  /* child process */  
            _exit(0);  
        } else if (pid > 0) {        /* parent process */  
        }  
    }  
      
    _exit(EXIT_SUCCESS);  
}

首先需要知道三點：

1. 當(dāng)某個信號的信號處理函數(shù)被調(diào)用時，該信號會被操作系統(tǒng)阻塞（默認(rèn)sa_flags不設(shè)置SA_NODEFER標(biāo)志）。

2.當(dāng)某個信號的信號處理函數(shù)被調(diào)用時，該信號阻塞時，該信號又多次發(fā)生，那么操作系統(tǒng)并不將它們排隊，而是只保留第一次的，后續(xù)的被拋棄。

還有一點我們必須清楚的是

3. wait系列函數(shù)與信號SIGCHLD是沒有任何關(guān)系的，即wait系列函數(shù)并不是信號SIGCHLD驅(qū)動的。

這個時候，肯定有人有疑問了，既然會丟棄信號，那怎么保證可以收回所有的僵尸進(jìn)程呢？

關(guān)于這個問題，我們可以這樣來理解，當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束時，不管有沒有產(chǎn)生SIGCHLD信號，或者子進(jìn)程產(chǎn)生了SIGCHLD信號，而不管父進(jìn)程有沒有收到SIGCHLD信號，這都與子進(jìn)程已經(jīng)終止這個事實無關(guān)，就是說，子進(jìn)程終止與信號其實沒有任何關(guān)系，只是操作系統(tǒng)在子進(jìn)程終止時會發(fā)送信號SIGCHLD給父進(jìn)程，告之其子進(jìn)程終止的消息，這樣的話，父進(jìn)程就可以做相應(yīng)的操作了。而wait系列函數(shù)的目的就是收回子進(jìn)程終止時殘留在進(jìn)程列表中的信息，所以任何時候調(diào)用while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0)都可以收回所有的僵尸進(jìn)程信息（可以參考下面的程序）。但是這里為什么放在信號處理函數(shù)中處理了，這樣做的原因是：子進(jìn)程什么時候結(jié)束是個異步事件，而信號機(jī)制就是用來處理異步事件的，所以當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束時，可以迅速的收回其殘余信息，這樣系統(tǒng)中就不會積累大量的僵尸進(jìn)程了。

也可以這樣來理解：系統(tǒng)把所有的僵尸進(jìn)程串在一起形成一個僵尸進(jìn)程鏈表，而while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0)就是來清空這個鏈表的，直到waitpid()返回0，表明已經(jīng)沒有僵尸進(jìn)程了，或者返回-1，表明出錯（當(dāng)錯誤碼errno為ECHILD的時候同樣表明已經(jīng)不存在僵尸進(jìn)程了）。

了解了以上知識點，就能理解為什么while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0)能夠回收所有的僵尸進(jìn)程了。

我們可以在上面的信號處理函數(shù)中加入相應(yīng)的打印信息：

static int num1 = 0  
static int num2 = 0;  
void avoid_zombies_handler(int signo)  
{  
    pid_t pid;  
    int exit_status;  
    int saved_errno = errno;  
  
    printf("num1 = %dn", ++num1);  
    while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0) {  
        printf("num2 = %dn", ++num2);  
    }  
  
    errno = saved_errno;  
}

打印的結(jié)果你會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)num1遞增1的時候，即每調(diào)用一次信號處理函數(shù)，num2一般會遞增很多，即while循環(huán)了很多次，所以盡管有的SIGCHLD信號被丟棄了，但是我們不用擔(dān)心子進(jìn)程的殘余信息會收不回來。退出while循環(huán)時，證明此時系統(tǒng)中已經(jīng)沒有僵尸進(jìn)程了，所以退出信號處理函數(shù)后，阻塞的唯一SIGCHLD信號會再次觸發(fā)該信號處理函數(shù)，這樣我們就不用擔(dān)心了。我們不防做個最壞的打算，即之前的信號全部被丟棄了，只有最后一次的SIGCHLD信號被捕獲，從而觸發(fā)了信號處理函數(shù)，這樣我們也不用擔(dān)心，因為while循環(huán)會一次性收回全部的僵尸進(jìn)程信息，只是這次循環(huán)的次數(shù)要多得多罷了，當(dāng)然這只是假設(shè)，一般系統(tǒng)不會出現(xiàn)這樣的情況（可以參考本文最后一個程序事例）。

為了證明wait系統(tǒng)函數(shù)與信號SIGCHLD沒有任何關(guān)系，我們可以做個簡單的實驗,代碼如下：

#include < stdio.h >  
#include < stdlib.h >  
#include < unistd.h >  
#include < sys/wait.h >  
#include < sys/types.h >  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
    int i;  
    pid_t pid;  
  
    for (i = 0; i < 5; i++) {  
        if ((pid = fork()) == 0)    /* child */  
            _exit(0);  
    }  
    sleep(10);  
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) {  
        /* do nothing */  
    }  
    sleep(10);  
  
    _exit(EXIT_SUCCESS);  
}

以下是打印結(jié)果：

可以看到第一次sleep時系統(tǒng)中積累了5個僵尸進(jìn)程，第二次sleep時，那5個僵尸進(jìn)程都被收回了。這個也明顯的看到了使用信號處理函數(shù)的優(yōu)勢，即可以保證系統(tǒng)不會積累大量的僵尸進(jìn)程，它可以迅速的清理掉系統(tǒng)中的僵尸進(jìn)程。