Linux后臺開發中避免僵尸進程的方法總結
一、什么是僵死進程？
一般情況下，程序調用exit（包括_exit和_Exit,它們的區別這里不做解釋），它的絕大多數內存和相關的資源已經被內核釋放掉，但是在進程表中這個進程項（entry）還保留著（進程ID，退出狀態，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程想了解它的退出狀態。在子進程退出但還未被其父進程“收尸”之前，該子進程就是僵死進程，或者僵尸進程。如果父進程先于子進程去世，那么子進程將被init進程收養，這個時候init就是這個子進程的父進程。
所以一旦出現父進程長期運行，而又沒有顯示調用wait或者waitpid，同時也沒有處理SIGCHLD信號，這個時候init進程就沒有辦法來替子進程收尸，這個時候，子進程就真的成了“僵尸”了。
二、僵死進程與孤兒進程的區別？
回答這個問題很簡單，就是爸爸（父進程）和兒子（子進程）誰先死的問題！
如果當兒子還在世的時候，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，換句話說，init進程充當了兒子的爸爸，所以等到兒子去世的時候，就由init進程來為其收尸。
如果當爸爸還活著的時候，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程。
三、僵死進程的危害？
- 僵死進程的PID還占據著，意味著海量的子進程會占據滿進程表項，會使后來的進程無法fork.
- 僵死進程的內核棧無法被釋放掉（1K 或者 2K大小），為啥會留著它的內核棧，因為在棧的最低端，有著thread_info結構，它包含著 struct_task 結構，這里面包含著一些退出信息。
四、避免僵死進程的方法
網上搜了下，總結有三種方方法：
① 程序中顯示的調用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)來忽略SIGCHLD信號，這樣子進程結束后，由內核來wai和釋放資源
② fork兩次，第一次fork的子進程在fork完成后直接退出，這樣第二次fork得到的子進程就沒有爸爸了，它會自動被老祖宗init收養，init會負責釋放它的資源，這樣就不會有“僵尸”產生了
③ 對子進程進行wait，釋放它們的資源，但是父進程一般沒工夫在那里守著，等著子進程的退出，所以，一般使用信號的方式來處理，在收到SIGCHLD信號的時候，在信號處理函數中調用wait操作來釋放他們的資源。
五、對每個避免僵死進程方法的解析與總結
首先我們讓我們來看一個生成僵尸進程的程序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查看進程，你會發現有10個標記為“defunct”的僵尸進程：
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命令的確沒有發現僵尸進程的存在。
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.
意思是說盡管系統對信號SIGCHLD的默認處理就是“ignore”，但是顯示的設置成SIG_IGN的處理方式在在這里會表現不同的處理方式（即子進程結束后，資源由系統自動收回，所以不會產生僵尸進程），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 = %ld\n",
- (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絡并發服務器中，應為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. 當某個信號的信號處理函數被調用時，該信號會被操作系統阻塞（默認sa_flags不設置SA_NODEFER標志）。
2.當某個信號的信號處理函數被調用時，該信號阻塞時，該信號又多次發生，那么操作系統并不將它們排隊，而是只保留第一次的，后續的被拋棄。
還有一點我們必須清楚的是
3. wait系列函數與信號SIGCHLD是沒有任何關系的，即wait系列函數并不是信號SIGCHLD驅動的。
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程呢？
關于這個問題，我們可以這樣來理解，當子進程結束時，不管有沒有產生SIGCHLD信號，或者子進程產生了SIGCHLD信號，而不管父進程有沒有收到SIGCHLD信號，這都與子進程已經終止這個事實無關，就是說，子進程終止與信號其實沒有任何關系，只是操作系統在子進程終止時會發送信號SIGCHLD給父進程，告之其子進程終止的消息，這樣的話，父進程就可以做相應的操作了。而wait系列函數的目的就是收回子進程終止時殘留在進程列表中的信息，所以任何時候調用while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0)都可以收回所有的僵尸進程信息（可以參考下面的程序）。但是這里為什么放在信號處理函數中處理了，這樣做的原因是：子進程什么時候結束是個異步事件，而信號機制就是用來處理異步事件的，所以當子進程結束時，可以迅速的收回其殘余信息，這樣系統中就不會積累大量的僵尸進程了。
也可以這樣來理解：系統把所有的僵尸進程串在一起形成一個僵尸進程鏈表，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，表明已經沒有僵尸進程了，或者返回-1，表明出錯（當錯誤碼errno為ECHILD的時候同樣表明已經不存在僵尸進程了）。
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程了。
我們可以在上面的信號處理函數中加入相應的打印信息：
- 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 = %d\n", ++num1);
- while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0) {
- printf("num2 = %d\n", ++num2);
- } errno = saved_errno; }
打印的結果你會發現，當num1遞增1的時候，即每調用一次信號處理函數，num2一般會遞增很多，即while循環了很多次，所以盡管有的SIGCHLD信號被丟棄了，但是我們不用擔心子進程的殘余信息會收不回來。退出while循環時，證明此時系統中已經沒有僵尸進程了，所以退出信號處理函數后，阻塞的唯一SIGCHLD信號會再次觸發該信號處理函數，這樣我們就不用擔心了。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，從而觸發了信號處理函數，這樣我們也不用擔心，因為while循環會一次性收回全部的僵尸進程信息，只是這次循環的次數要多得多罷了，當然這只是假設，一般系統不會出現這樣的情況（可以參考本文最后一個程序事例）。
為了證明wait系統函數與信號SIGCHLD沒有任何關系，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); }
以下是打印結果：
可以看到第一次sleep時系統中積累了5個僵尸進程，第二次sleep時，那5個僵尸進程都被收回了。這個也明顯的看到了使用信號處理函數的優勢，即可以保證系統不會積累大量的僵尸進程，它可以迅速的清理掉系統中的僵尸進程。
