Linux 僵屍進程

Linux 允許進程查詢內核以獲得其父進程的 PID，或者其任何子進程的執行狀態。例如，進程可以創建一個子進程來執行特定的任務，然后調用諸如 wait() 這樣的一些庫函數檢查子進程是否終止。如果子進程已經終止，那么，它的終止代號將告訴父進程這個任務是否已成功地完成。
為了遵循這些設計原則，不允許 Linux 內核在進程一終止后就丟棄包含在進程描述符字段中的數據。只有父進程發出了與被終止的進程相關的 wait() 類系統調用之后，才允許這樣做。這就是引入僵死狀態的原因：盡管從技術上來說進程已死，但必須保存它的描述符，直到父進程得到通知。
如果一個進程已經終止，但是它的父進程尚未調用 wait() 或 waitpid() 對它進行清理，這時的進程狀態稱為僵死狀態，處於僵死狀態的進程稱為僵屍進程(zombie process)。任何進程在剛終止時都是僵屍進程，正常情況下，僵屍進程都立刻被父進程清理了。

僵屍進程是如何產生的

為了觀察到僵屍進程，我們自己寫一個不正常的程序，父進程 fork 出子進程，子進程終止，而父進程既不終止也不調用 wait 清理子進程：

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

int main(void)
{
    int i = 100;
    pid_t pid=fork();
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork failed.");
        exit(1);
    }
    if(pid > 0)
    {
        printf("This is the parent process. My PID is %d.\n", getpid());
        for(; i > 0; i--)
        {
            sleep(1);
        }
    }
    else if(pid == 0)
    {
        printf("This is the child process. My PID is: %d. My PPID is: %d.\n", getpid(), getppid());
    }
    return 0;
}

把上面的代碼保存到文件 zomprocdemo.c 文件中，並執行下面的命令編譯：

$ gcc zomprocdemo.c -o zomprocdemo

然后運行編譯出來的 zomprocdemo 程序：

$ ./zomprocdemo

此時子進程已經退出，但是父進程沒有退出也沒有通過 wait() 調用處理子進程。我們使用 ps 命令查看進程的狀態：

上圖紅框中的大寫字母 "Z" 說明 PID 為 112712 的進程此時處於僵死的狀態。

讓我們接着往下看！在結束 sleep 后父進程退出。當父進程退出后，子進程會變成孤兒進程，此時它會被一個管理進程收養。在不同的系統中，這個管理進程不太一樣，早期一般是 init 進程，Ubuntu 上是 upstart，還有近來的 Systemd。但是它們都完成相同的任務，就是 wiat() 這些孤兒進程，並最終釋放它們占用的系統進程表中的資源。這樣，這些已經僵死的孤兒進程就徹底的被清除了。

僵屍進程的危害

在進程退出的時候，內核釋放該進程所有的資源，包括打開的文件，占用的內存等。但是仍然為其保留一定的信息(包括進程號 PID，退出狀態 the termination status of the process，運行時間 the amount of CPU time taken by the process 等)。直到父進程通過 wait / waitpid 來取時才釋放。

如果進程不調用 wait / waitpid 的話， 那么保留的那段信息就不會釋放，其進程號就會一直被占用，但是系統所能使用的進程號是有限的，如果大量的產生僵死進程，將因為沒有可用的進程號而導致系統不能產生新的進程。

如何處理僵屍進程

僵屍進程的產生是因為父進程沒有 wait() 子進程。所以如果我們自己寫程序的話一定要在父進程中通過 wait() 來避免僵屍進程的產生。

當系統中出現了僵屍進程時，我們是無法通過 kill 命令把它清除掉的。但是我們可以殺死它的父進程，讓它變成孤兒進程，並進一步被系統中管理孤兒進程的進程收養並清理。

下面的 demo 中，父進程通過 wait() 等待子進程結束：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork failed");
        exit(1);
    }
    if (pid == 0) {
        int i;
         for (i = 3; i > 0; i--)
         {
            printf("This is the child\n");
            sleep(1);
         }
         // exit with code 3 for test.
        exit(3);
    }
    else
    {
        int stat_val;
        wait(&stat_val);
         if (WIFEXITED(stat_val))
         {
             printf("Child exited with code %d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
         }            
    }
    return 0;
}

demo 中父進程不僅等待子進程結束，還通過 WEXITSTATUS 宏取到了子進程的 exit code。