孤儿进程和僵尸进程总结

转载自孤儿进程与僵尸进程[总结]

什么是僵尸进程和孤儿进程？会带来什么问题

基本概念

我们知道在unix/linux中，正常情况下，子进程是通过父进程创建的，子进程再创建新的进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程 到底什么时候结束。 当一个进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。

　　孤儿进程：一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。

　　僵尸进程：一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程控制块(PCB)仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程

问题及危害

unix提供了一种机制可以保证只要父进程想知道子进程结束时的状态信息， 就可以得到。这种机制就是: 在每个进程退出的时候,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等。 但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号the process ID,退出状态the termination status of the process,运行时间the amount of CPU time taken by the process等)。直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放。

但这样就导致了问题，如果进程不调用wait / waitpid的话， 那么保留的那段信息就不会释放，其进程号就会一直被占用，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵死进程，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。

孤儿进程是没有父进程的进程，孤儿进程这个重任就落到了init进程身上，init进程就好像是一个民政局，专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤 儿进程的父进程设置为init，而init进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候，init进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。因此孤儿进程并不会有什么危害。

任何一个子进程(init除外)在exit()之后，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，等待父进程处理。这是每个 子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit()之后，父进程没有来得及处理，这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理，可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态，但这并不等于子进程不经过僵尸状态。  如果父进程在子进程结束之前退出，则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理。

僵尸进程危害场景：

　　例如有个进程，它定期的产 生一个子进程，这个子进程需要做的事情很少，做完它该做的事情之后就退出了，因此这个子进程的生命周期很短，但是，父进程只管生成新的子进程，至于子进程 退出之后的事情，则一概不闻不问，这样，系统运行上一段时间之后，系统中就会存在很多的僵死进程，倘若用ps命令查看的话，就会看到很多状态为Z的进程。 严格地来说，僵死进程并不是问题的根源，罪魁祸首是产生出大量僵死进程的那个父进程。因此，当我们寻求如何消灭系统中大量的僵死进程时，答案就是把产生大量僵死进程的那个元凶枪毙掉（也就是通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号啦）。枪毙了元凶进程之后，它产生的僵死进程就变成了孤儿进 程，这些孤儿进程会被init进程接管，init进程会wait()这些孤儿进程，释放它们占用的系统进程表中的资源，这样，这些已经僵死的孤儿进程 就能瞑目而去了。

孤儿进程的解决方法

（1）收养

在类UNIX中，为避免孤儿进程退出时无法释放所占用的资源而僵死，任何孤儿进程产生时都会立即被系统进程init自动接收为子进程（init会周期性的调用wait函数）。。在此需注意，虽然事实上该进程已有init作为其父进程，但由于创建该进程的进程已不存在，所以仍应称之为“孤儿进程”。

（2）进程组

多数类UNIX系统都引入了进程组以防止孤儿进程：在父进程终止后，用户的Shell会将父进程所在的进程组标为“孤儿进程组”，并向所有子进程发出SIGHUP信号，以试图结束其运行，如此避免子进程继续以“孤儿进程”的身份运行。

（3）远程调用的情况

RPC过程中也会产生孤儿进程。例如，若客户端进程在发起请求后突然崩溃，且对应的服务器端进程仍在运行，则该服务器端进程就会成为孤儿进程。样的孤儿进程会浪费服务器的资源，甚至有耗尽资源的潜在危险，但也有对应的解决办法：

1. 终止机制：强制杀死孤儿进程（最常用的手段）；
2. 再生机制：服务器在指定时间内查找调用的客户端，若找不到则直接杀死孤儿进程；
3. 超时机制：给每个进程指定一个确定的运行时间，若超时仍未完成则强制终止之。若有需要，亦可让进程在指定时间耗尽之前申请延时。

孤儿进程的应用：除此之外，用户也可能会刻意使进程成为孤儿进程，以使之与用户会话脱钩，并转至后台运行。这一做法常应用于启动需要长时间运行的进程，也即守护进程。可以这么做：守护进程程序通常通过如下方法使自己成为守护进程：对一个子进程运行fork，然后使其父进程立即终止，使得这个子进程能在init下运行。这种方法通常被称为“脱壳”。

僵尸进程的解决方法

（1）通过信号机制

子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号，父进程处理SIGCHILD信号。在信号处理函数中调用wait进行处理僵尸进程。测试程序如下所示：

（2）fork两次
fork两次并杀死一级子进程，令二级子进程成为孤儿进程而被init所“收养”、清理.

参考链接：

1. 维基百科-孤儿进程

2. 维基百科-僵尸进程

3. 维基百科-守护进程