孤儿进程僵尸进程及其回收

孤儿进程僵尸进程及其回收是进程的经典知识了。

什么是孤儿进程？

孤儿进程: 父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程，子进程的父进程成为 init进程，称为 init 进程领养孤儿进程。

什么是僵尸进程？

僵尸进程: 进程终止，父进程尚未回收，子进程残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程。

特别注意，僵尸进程是不能使用 kill 命令清除掉的。因为 kill 命令只是用来终止进程的，而僵尸进程已经终止。

孤儿进程有init进程回收，但是僵尸进程要等父进程来回收，如果父进程不回收，僵尸进程会已经死亡得不到回收却占用进程号，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. 此即为僵尸进程的危害，应当避免。

相关函数：

一个进程在终止时会关闭所有文件描述符，释放在用户空间分配的内存，但它的 PCB还保留着，内核在其中保存了一些信息：如果是正常终止则保存着退出状态，如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。

这个进程的父进程可以调用 wait 或 waitpid 获取这些信息，然后彻底清除掉这个进程。我们知道一个进程的退出状态可以在 Shell 中用特殊变量$?查看，因为 Shell 是它的父进程，当它终止时 Shell 调用 wait 或 waitpid 得到它的退出状态同时彻底清除掉这个进程。

wait 函数

pid_t wait(int *status); 

父进程调用 wait 函数可以回收子进程终止信息。该函数有三个功能：

　　① 阻塞等待子进程退出　　② 回收子进程残留资源　　③ 获取子进程结束状态(退出原因)。

函数返回值：成功：清理掉的子进程 ID；失败：-1 (没有子进程)

当进程终止时，操作系统的隐式回收机制会：1.关闭所有文件描述符 2. 释放用户空间分配的内存。内核的 PCB 仍存在。其中保存该进程的退出状态。(正常终止→退出值；异常终止→终止信号)

status判断终止原因

可使用 wait 函数传出参数 status 来保存进程的退出状态。借助宏函数来进一步判断进
程终止的具体原因。宏函数可分为如下三组：
1. WIFEXITED(status) 为非 0 → 进程正常结束
　　  WEXITSTATUS(status) 如上宏为真，使用此宏 → 获取进程退出状态 (exit 的参数)
2. WIFSIGNALED(status) 为非 0 → 进程异常终止
　　　　WTERMSIG(status) 如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程终止的那个信号的编号。
*3. WIFSTOPPED(status) 为非 0 → 进程处于暂停状态
　　　　WSTOPSIG(status) 如上宏为真，使用此宏 → 取得使进程暂停的那个信号的编号。
　　　　WIFCONTINUED(status) 为真 → 进程暂停后已经继续运行

#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) {    //子进程
        printf("i am child, pid is %d, sleep 10s ",pid);
        sleep(20);
        printf("i am diying");
        return 73;
    } else if (pid>0) {    //父进程
        //wait函数会阻塞，如果没有一个子进程死亡
        //wpid=wait(NULL);    //不关心子进程如何死亡
        wpid=wait(&status);    //关心子进程死亡，写到status里面
        if (wpid==-1) {
            perror("wait error");
            exit(1);
        }

        if (WIFEXITED(status))        //为真，子进程正常终止
            printf("child exit with %d
",WEXITSTATUS(status));
        
        if (WIFSIGNALED(status))    //为假，子进程被信号终止
               printf("child kill with signal %d
",WTERMSIG(status));

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

    } else {
        perror("fork error");    //fork出错了
        return 1;
    }
    return 0;
}

waitpid 函数

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

特殊参数和返回情况：

参数 pid：> 0 回收指定 ID 的子进程　　-1 回 回于 收任意子进程（相当于 wait ）　　0 回收和当前调用 waitpid 一个组的所有子进程　　< -1 回收指定进程组内的任意子进程

参数status：和wait函数的status一样，判断进程终止原因

参options：    0 ：（相当于wait）阻塞回收　　　　WBNIOHANG：非阻塞回收（轮询）

返回值：成功：返回清理掉的子进程 ID；失败：-1(无子进程)

　　　　特殊的返回 0：参 3 为 WNOHANG，且子进程正在运行。

注意：次 一次 wait 或 或 waitpid 调用只能清理一个子进程，清理多个子进程应使用循环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) {    //父进程
        
        //这里不断while循环等待死亡的子进程
        while ((wpid=waitpid(-1,NULL,WNOHANG))!=-1) {
            if (wpid>0) {    //回收成功
                printf("wait child %d 
",wpid);
            } else if (wpid==0) {    //回收失败
                sleep(1);    //sleep一秒之后再尝试回收
                continue;
            }
        }
    } else {    //5个子进程
        sleep(i);    //子进程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信号回收子进程，这样父进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;

    //这里的while非常重要，当接受到SIGCHLD信号时候，有多个子进程同时死亡，这时候就需要while来把这段时间的死亡子全部回收
    while ((wpid=waitpid(-1,&status,0))!=-1) {
        if (WIFEXITED(status))
            printf("-------------catch child id %d, ret=%d 
",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)    //创建15个子进程
            break;

    if (i==15) {    //父进程
        
        //信号结构体，三个参数重要
        struct sigaction act;    

        act.sa_handler=catch_child;    //注册函数
        sigemptyset(&act.sa_mask);    //在执行期间，sa_mask会替换原mask
        act.sa_flags=0;        //设为0，在该信号处理函数期间，再次收到同样信号就屏蔽

        sigaction(SIGCHLD,&act,NULL);

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

        while(1);

    } else {    //子进程
        printf("I'm child pid= %d
",getpid());
        return i;
    }
    return 0;
}