Linux 允許進(jìn)程查詢內(nèi)核以獲得其父進(jìn)程的 PID，或者其任何子進(jìn)程的執(zhí)行狀態(tài)。例如，進(jìn)程可以創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程來執(zhí)行特定的任務(wù)，然后調(diào)用諸如 wait() 這樣的一些庫函數(shù)檢查子進(jìn)程是否終止。如果子進(jìn)程已經(jīng)終止，那么，它的終止代號(hào)將告訴父進(jìn)程這個(gè)任務(wù)是否已成功地完成。

為了遵循這些設(shè)計(jì)原則，不允許 Linux 內(nèi)核在進(jìn)程一終止后就丟棄包含在進(jìn)程描述符字段中的數(shù)據(jù)。只有父進(jìn)程發(fā)出了與被終止的進(jìn)程相關(guān)的 wait() 類系統(tǒng)調(diào)用之后，才允許這樣做。這就是引入僵死狀態(tài)的原因：盡管從技術(shù)上來說進(jìn)程已死，但必須保存它的描述符，直到父進(jìn)程得到通知。

如果一個(gè)進(jìn)程已經(jīng)終止，但是它的父進(jìn)程尚未調(diào)用 wait() 或 waitpid() 對(duì)它進(jìn)行清理，這時(shí)的進(jìn)程狀態(tài)稱為僵死狀態(tài)，處于僵死狀態(tài)的進(jìn)程稱為僵尸進(jìn)程(zombie process)。任何進(jìn)程在剛終止時(shí)都是僵尸進(jìn)程，正常情況下，僵尸進(jìn)程都立刻被父進(jìn)程清理了。

僵尸進(jìn)程是如何產(chǎn)生的

 在UNIX 系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程結(jié)束了，但是他的父進(jìn)程沒有等待（調(diào)用wait / waitpid）他，那么他將變成一個(gè)僵尸進(jìn)程。通過ps命令查看其帶有defunct的標(biāo)志。僵尸進(jìn)程是一個(gè)早已死亡的進(jìn)程，但在進(jìn)程表 （processs table）中仍占了一個(gè)位置（slot）。

但是如果該進(jìn)程的父進(jìn)程已經(jīng)先結(jié)束了，那么該進(jìn)程就不會(huì)變成僵尸進(jìn)程。因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程結(jié)束的時(shí)候，系統(tǒng)都會(huì)掃描當(dāng)前系統(tǒng)中所運(yùn)行的所有進(jìn)程，看看有沒有哪個(gè) 進(jìn)程是剛剛結(jié)束的這個(gè)進(jìn)程的子進(jìn)程，如果是的話，就由Init進(jìn)程來接管他，成為他的父進(jìn)程，從而保證每個(gè)進(jìn)程都會(huì)有一個(gè)父進(jìn)程。而Init進(jìn)程會(huì)自動(dòng) wait其子進(jìn)程，因此被Init接管的所有進(jìn)程都不會(huì)變成僵尸進(jìn)程。

為了觀察到僵尸進(jìn)程，我們自己寫一個(gè)不正常的程序，父進(jìn)程 fork 出子進(jìn)程，子進(jìn)程終止，而父進(jìn)程既不終止也不調(diào)用 wait 清理子進(jìn)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，并執(zhí)行下面的命令編譯：

$ gcc zomprocdemo.c -o zomprocdemo

然后運(yùn)行編譯出來的 zomprocdemo 程序：

$ ./zomprocdemo

此時(shí)子進(jìn)程已經(jīng)退出，但是父進(jìn)程沒有退出也沒有通過 wait() 調(diào)用處理子進(jìn)程。我們使用 ps 命令查看進(jìn)程的狀態(tài)：

上圖紅框中的大寫字母 "Z" 說明 PID 為 112712 的進(jìn)程此時(shí)處于僵死的狀態(tài)。

讓我們接著往下看！在結(jié)束 sleep 后父進(jìn)程退出。當(dāng)父進(jìn)程退出后，子進(jìn)程會(huì)變成孤兒進(jìn)程，此時(shí)它會(huì)被一個(gè)管理進(jìn)程收養(yǎng)。在不同的系統(tǒng)中，這個(gè)管理進(jìn)程不太一樣，早期一般是 init 進(jìn)程，Ubuntu 上是 upstart，還有近來的 Systemd。但是它們都完成相同的任務(wù)，就是 wiat() 這些孤兒進(jìn)程，并最終釋放它們占用的系統(tǒng)進(jìn)程表中的資源。這樣，這些已經(jīng)僵死的孤兒進(jìn)程就徹底的被清除了。

僵尸進(jìn)程的危害

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

如果進(jìn)程不調(diào)用 wait / waitpid 的話， 那么保留的那段信息就不會(huì)釋放，其進(jìn)程號(hào)就會(huì)一直被占用，但是系統(tǒng)所能使用的進(jìn)程號(hào)是有限的，如果大量的產(chǎn)生僵死進(jìn)程，將因?yàn)闆]有可用的進(jìn)程號(hào)而導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生新的進(jìn)程。

如何處理僵尸進(jìn)程

僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生是因?yàn)楦高M(jìn)程沒有 wait() 子進(jìn)程。所以如果我們自己寫程序的話一定要在父進(jìn)程中通過 wait() 來避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)了僵尸進(jìn)程時(shí)，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(jìn)程，讓它變成孤兒進(jìn)程，并進(jìn)一步被系統(tǒng)中管理孤兒進(jìn)程的進(jìn)程收養(yǎng)并清理。

下面的 demo 中，父進(jìn)程通過 wait() 等待子進(jìn)程結(jié)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(jìn)程不僅等待子進(jìn)程結(jié)束，還通過 WEXITSTATUS 宏取到了子進(jìn)程的 exit code。

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