孤兒進程僵屍進程及其回收

孤兒進程僵屍進程及其回收是進程的經典知識了。

 

什么是孤兒進程？

孤兒進程: 父進程先於子進程結束，則子進程成為孤兒進程，子進程的父進程成為 init進程，稱為 init 進程領養孤兒進程。

 

 

什么是僵屍進程？

僵屍進程: 進程終止，父進程尚未回收，子進程殘留資源（PCB）存放於內核中，變成僵屍（Zombie）進程。

特別注意，僵屍進程是不能使用 kill 命令清除掉的。因為 kill 命令只是用來終止進程的，而僵屍進程已經終止。

 

孤兒進程有init進程回收，但是僵屍進程要等父進程來回收，如果父進程不回收，僵屍進程會已經死亡得不到回收卻占用進程號，如果大量的產生僵屍進程，將因為沒有可用的進程號而導致系統不能產生新的進程. 此即為僵屍進程的危害，應當避免。

 

 

相關函數：

一個進程在終止時會關閉所有文件描述符，釋放在用戶空間分配的內存，但它的 PCB還保留着，內核在其中保存了一些信息：如果是正常終止則保存着退出狀態，如果是異常終止則保存着導致該進程終止的信號是哪個。

這個進程的父進程可以調用 wait 或 waitpid 獲取這些信息，然后徹底清除掉這個進程。我們知道一個進程的退出狀態可以在 Shell 中用特殊變量$?查看，因為 Shell 是它的父進程，當它終止時 Shell 調用 wait 或 waitpid 得到它的退出狀態同時徹底清除掉這個進程。

 

wait 函數

pid_t wait(int *status); 

父進程調用 wait 函數可以回收子進程終止信息。該函數有三個功能：

　　① 阻塞等待子進程退出　　② 回收子進程殘留資源　　③ 獲取子進程結束狀態(退出原因)。

函數返回值：成功：清理掉的子進程 ID；失敗：-1 (沒有子進程)

 

當進程終止時，操作系統的隱式回收機制會：1.關閉所有文件描述符 2. 釋放用戶空間分配的內存。內核的 PCB 仍存在。其中保存該進程的退出狀態。(正常終止→退出值；異常終止→終止信號)

 

status判斷終止原因

可使用 wait 函數傳出參數 status 來保存進程的退出狀態。借助宏函數來進一步判斷進
程終止的具體原因。宏函數可分為如下三組：
1. WIFEXITED(status) 為非 0 → 進程正常結束
　　  WEXITSTATUS(status) 如上宏為真，使用此宏 → 獲取進程退出狀態 (exit 的參數)
2. WIFSIGNALED(status) 為非 0 → 進程異常終止
　　　　WTERMSIG(status) 如上宏為真，使用此宏 → 取得使進程終止的那個信號的編號。
*3. WIFSTOPPED(status) 為非 0 → 進程處於暫停狀態
　　　　WSTOPSIG(status) 如上宏為真，使用此宏 → 取得使進程暫停的那個信號的編號。
　　　　WIFCONTINUED(status) 為真 → 進程暫停后已經繼續運行

 

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

int main()
{
    pid_t pid,wpid;
    int status;

    pid=fork();
    if (pid==0) {    //子進程
        printf("i am child, pid is %d, sleep 10s ",pid);
        sleep(20);
        printf("i am diying");
        return 73;
    } else if (pid>0) {    //父進程
        //wait函數會阻塞，如果沒有一個子進程死亡
        //wpid=wait(NULL);    //不關心子進程如何死亡
        wpid=wait(&status);    //關心子進程死亡，寫到status里面
        if (wpid==-1) {
            perror("wait error");
            exit(1);
        }

        if (WIFEXITED(status))        //為真，子進程正常終止
            printf("child exit with %d\n",WEXITSTATUS(status));
        
        if (WIFSIGNALED(status))    //為假，子進程被信號終止
               printf("child kill with signal %d\n",WTERMSIG(status));

        printf("wait successful, %d died",pid);           

    } else {
        perror("fork error");    //fork出錯了
        return 1;
    }
    return 0;
}

 

 

waitpid 函數

pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, in options); 　　作用同 wait，但可指定 pid 進程清理，可以不阻塞。　

特殊參數和返回情況：

參數 pid：> 0 回收指定 ID 的子進程　　-1 回 回於 收任意子進程（相當於 wait ）　　0 回收和當前調用 waitpid 一個組的所有子進程　　< -1 回收指定進程組內的任意子進程

參數status：和wait函數的status一樣，判斷進程終止原因

參options：    0 ：（相當於wait）阻塞回收　　　　WBNIOHANG：非阻塞回收（輪詢）

返回值：成功：返回清理掉的子進程 ID；失敗：-1(無子進程)

　　　　特殊的返回 0：參 3 為 WNOHANG，且子進程正在運行。

 

注意：次 一次 wait 或 或 waitpid 調用只能清理一個子進程，清理多個子進程應使用循環while。

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

int main(int argc,char *argv[])
{
    int i;
    pid_t pid,wpid;

    for (i=0;i<5;i++) {
        pid=fork();
        if (pid==0) break;
    }

    if (i==5) {    //父進程
        
        //這里不斷while循環等待死亡的子進程
        while ((wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG))!=-1) {
            if (wpid>0) {    //回收成功
                printf("wait child %d \n",wpid);
            } else if (wpid==0) {    //回收失敗
                sleep(1);    //sleep一秒之后再嘗試回收
                continue;
            }
        }
    } else {    //5個子進程
        sleep(i);    //子進程sleep以一下
        printf("I'm child %d ,i am dying",i);
    }
    return 0;
}

 

 

更加美妙的回收方式是使用SIGCHLD信號回收子進程，這樣父進程不阻塞可以干自己的事情：https://www.cnblogs.com/clno1/p/12941316.html

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>

void sys_err(const char *str) {
    perror(str);
    exit(1);
}

void catch_child(int signo) {
    pid_t wpid;
    int status;

    //這里的while非常重要，當接受到SIGCHLD信號時候，有多個子進程同時死亡，這時候就需要while來把這段時間的死亡子全部回收
    while ((wpid=waitpid(-1,&status,0))!=-1) {
        if (WIFEXITED(status))
            printf("-------------catch child id %d, ret=%d \n",wpid,WEXITSTATUS(status));
    }
    return;
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    pid_t pid;
    int i;

    for (i=0;i<15;i++)
        if ((pid=fork())==0)    //創建15個子進程
            break;

    if (i==15) {    //父進程
        
        //信號結構體，三個參數重要
        struct sigaction act;    

        act.sa_handler=catch_child;    //注冊函數
        sigemptyset(&act.sa_mask);    //在執行期間，sa_mask會替換原mask
        act.sa_flags=0;        //設為0，在該信號處理函數期間，再次收到同樣信號就屏蔽

        sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);

        printf("I'm parent, pid=%d \n",getpid());

        while(1);

    } else {    //子進程
        printf("I'm child pid= %d\n",getpid());
        return i;
    }
    return 0;
}