目錄：

知識(shí)點(diǎn)

1. 僵尸進(jìn)程的定義

在 Linux 系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)子進(jìn)程結(jié)束運(yùn)行（通過(guò)調(diào)用 exit 或接收到終止信號(hào)），它并不會(huì)立即從系統(tǒng)中消失。子進(jìn)程會(huì)進(jìn)入僵尸狀態(tài)（Zombie State），此時(shí)子進(jìn)程已經(jīng)停止執(zhí)行，但它的進(jìn)程描述符（包含進(jìn)程的退出狀態(tài)等信息）仍然保留在系統(tǒng)中，直到其父進(jìn)程調(diào)用 wait 或 waitpid 等系統(tǒng)調(diào)用獲取其退出狀態(tài)，釋放該進(jìn)程描述符，子進(jìn)程才會(huì)真正被銷(xiāo)毀。處于這種狀態(tài)的進(jìn)程就被稱(chēng)為僵尸進(jìn)程。

2. 僵尸進(jìn)程產(chǎn)生的原因

子進(jìn)程先于父進(jìn)程結(jié)束，而父進(jìn)程沒(méi)有及時(shí)調(diào)用 wait 或 waitpid 來(lái)回收子進(jìn)程的資源，導(dǎo)致子進(jìn)程的進(jìn)程描述符一直保留在系統(tǒng)中，從而產(chǎn)生僵尸進(jìn)程。

3. 僵尸進(jìn)程的危害

僵尸進(jìn)程雖然不占用系統(tǒng)的 CPU 資源，但它會(huì)占用系統(tǒng)的進(jìn)程表項(xiàng)。如果系統(tǒng)中存在大量的僵尸進(jìn)程，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程表項(xiàng)被耗盡，從而無(wú)法創(chuàng)建新的進(jìn)程，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4. 如何避免僵尸進(jìn)程

• 父進(jìn)程主動(dòng)回收：父進(jìn)程在子進(jìn)程結(jié)束后，及時(shí)調(diào)用 wait 或 waitpid 來(lái)回收子進(jìn)程的資源。
• 信號(hào)處理：父進(jìn)程可以通過(guò)捕獲 SIGCHLD 信號(hào)，在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用 wait 或 waitpid 來(lái)回收子進(jìn)程的資源。
• 使用 sigaction 函數(shù)：結(jié)合 sigaction 函數(shù)和 SA_NOCLDWAIT 標(biāo)志，避免子進(jìn)程成為僵尸進(jìn)程。

代碼示例

產(chǎn)生僵尸進(jìn)程的代碼示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進(jìn)程printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 即將退出\n", getpid());exit(0);} else {// 父進(jìn)程printf("父進(jìn)程 (PID=%d) 繼續(xù)運(yùn)行，不回收子進(jìn)程資源\n", getpid());sleep(60); // 父進(jìn)程休眠 60 秒，不回收子進(jìn)程資源}return 0;
}

避免僵尸進(jìn)程的代碼示例（父進(jìn)程主動(dòng)回收）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進(jìn)程printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 即將退出\n", getpid());exit(0);} else {// 父進(jìn)程printf("父進(jìn)程 (PID=%d) 等待子進(jìn)程退出并回收資源\n", getpid());int status;pid_t child_pid = wait(&status);if (child_pid > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 正常退出，退出狀態(tài)碼: %d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}}}return 0;
}

避免僵尸進(jìn)程的代碼示例（信號(hào)處理）

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>void sigchld_handler(int signum) {int status;pid_t pid;while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 正常退出，退出狀態(tài)碼: %d\n", pid, WEXITSTATUS(status));}}
}int main() {signal(SIGCHLD, sigchld_handler);pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進(jìn)程printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 即將退出\n", getpid());exit(0);} else {// 父進(jìn)程printf("父進(jìn)程 (PID=%d) 繼續(xù)運(yùn)行，等待子進(jìn)程退出信號(hào)\n", getpid());sleep(60);}return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果

產(chǎn)生僵尸進(jìn)程的代碼運(yùn)行結(jié)果

子進(jìn)程 (PID=1234) 即將退出
父進(jìn)程 (PID=1233) 繼續(xù)運(yùn)行，不回收子進(jìn)程資源

在父進(jìn)程休眠的 60 秒內(nèi)，使用 ps -ef | grep Z 命令可以查看到僵尸進(jìn)程：

USER       PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
youruser  1234  1233  0 10:00 pts/0    00:00:00 [a.out] <defunct>

其中 <defunct> 表示該進(jìn)程是僵尸進(jìn)程。

避免僵尸進(jìn)程的代碼（父進(jìn)程主動(dòng)回收）運(yùn)行結(jié)果

子進(jìn)程 (PID=1234) 即將退出
父進(jìn)程 (PID=1233) 等待子進(jìn)程退出并回收資源
子進(jìn)程 (PID=1234) 正常退出，退出狀態(tài)碼: 0

此時(shí)使用 ps -ef | grep Z 命令不會(huì)查看到僵尸進(jìn)程。

避免僵尸進(jìn)程的代碼（信號(hào)處理）運(yùn)行結(jié)果

子進(jìn)程 (PID=1234) 即將退出
父進(jìn)程 (PID=1233) 繼續(xù)運(yùn)行，等待子進(jìn)程退出信號(hào)
子進(jìn)程 (PID=1234) 正常退出，退出狀態(tài)碼: 0

同樣，使用 ps -ef | grep Z 命令不會(huì)查看到僵尸進(jìn)程。

僵尸進(jìn)程

在 Linux 系統(tǒng)中，父進(jìn)程可以通過(guò)主動(dòng)回收子進(jìn)程資源的方式來(lái)避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。下面為你詳細(xì)介紹相關(guān)原理、實(shí)現(xiàn)方法以及代碼示例。

原理

當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束時(shí)，它會(huì)向父進(jìn)程發(fā)送 SIGCHLD 信號(hào)，同時(shí)進(jìn)入僵尸狀態(tài)，此時(shí)子進(jìn)程的進(jìn)程描述符仍然保留在系統(tǒng)中，占用系統(tǒng)資源。父進(jìn)程可以通過(guò)調(diào)用 wait 或 waitpid 系統(tǒng)調(diào)用獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)，并釋放其進(jìn)程描述符，從而讓子進(jìn)程徹底從系統(tǒng)中消失。

實(shí)現(xiàn)方法

1. 使用 wait 函數(shù)

wait 函數(shù)會(huì)阻塞父進(jìn)程，直到它的任意一個(gè)子進(jìn)程結(jié)束。當(dāng)子進(jìn)程結(jié)束后，wait 函數(shù)會(huì)返回該子進(jìn)程的進(jìn)程 ID，并將子進(jìn)程的退出狀態(tài)存儲(chǔ)在 status 參數(shù)中。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>pid_t wait(int *status);

• 參數(shù)：status 是一個(gè)指向整數(shù)的指針，用于存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出狀態(tài)。如果不需要獲取退出狀態(tài)，可以將其設(shè)置為 NULL。
• 返回值：成功時(shí)返回結(jié)束的子進(jìn)程的進(jìn)程 ID；出錯(cuò)時(shí)返回 -1。

2. 使用 waitpid 函數(shù)

waitpid 函數(shù)提供了更靈活的子進(jìn)程回收方式，它可以指定要等待的子進(jìn)程，還可以設(shè)置非阻塞模式。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);

• 參數(shù)：
  • pid：指定要等待的子進(jìn)程。取值有以下幾種情況：
    • pid > 0：等待進(jìn)程 ID 為 pid 的子進(jìn)程。
    • pid == -1：等待任意一個(gè)子進(jìn)程，等同于 wait 函數(shù)。
    • pid == 0：等待與調(diào)用進(jìn)程同組的任意子進(jìn)程。
    • pid < -1：等待進(jìn)程組 ID 等于 pid 絕對(duì)值的任意子進(jìn)程。
  • status：用于存儲(chǔ)子進(jìn)程的退出狀態(tài)，與 wait 函數(shù)的 status 參數(shù)相同。
  • options：可以設(shè)置一些選項(xiàng)，常用的選項(xiàng)有：
    • WNOHANG：如果沒(méi)有子進(jìn)程結(jié)束，函數(shù)立即返回 0，而不會(huì)阻塞。
    • WUNTRACED：如果子進(jìn)程處于暫停狀態(tài)，函數(shù)也會(huì)返回。
    • WCONTINUED：如果子進(jìn)程因收到 SIGCONT 信號(hào)而繼續(xù)運(yùn)行，函數(shù)也會(huì)返回。
• 返回值：
  • 如果 options 中設(shè)置了 WNOHANG，且沒(méi)有子進(jìn)程結(jié)束，返回 0。
  • 成功時(shí)返回結(jié)束的子進(jìn)程的進(jìn)程 ID。
  • 出錯(cuò)時(shí)返回 -1。

代碼示例

使用 wait 函數(shù)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進(jìn)程printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 即將退出\n", getpid());exit(0);} else {// 父進(jìn)程printf("父進(jìn)程 (PID=%d) 等待子進(jìn)程退出并回收資源\n", getpid());int status;pid_t child_pid = wait(&status);if (child_pid > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 正常退出，退出狀態(tài)碼: %d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}}}return 0;
}

使用 waitpid 函數(shù)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid < 0) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進(jìn)程printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 即將退出\n", getpid());exit(0);} else {// 父進(jìn)程printf("父進(jìn)程 (PID=%d) 等待子進(jìn)程退出并回收資源\n", getpid());int status;pid_t child_pid = waitpid(pid, &status, 0);if (child_pid > 0) {if (WIFEXITED(status)) {printf("子進(jìn)程 (PID=%d) 正常退出，退出狀態(tài)碼: %d\n", child_pid, WEXITSTATUS(status));}}}return 0;
}

代碼解釋

在上述代碼中，首先使用 fork 函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。

• 子進(jìn)程打印一條信息后調(diào)用 exit 函數(shù)退出。
• 父進(jìn)程打印一條信息后，調(diào)用 wait 或 waitpid 函數(shù)等待子進(jìn)程退出，并獲取其退出狀態(tài)。
• 使用 WIFEXITED 宏判斷子進(jìn)程是否正常退出，如果是，則使用 WEXITSTATUS 宏獲取子進(jìn)程的退出狀態(tài)碼并打印。

通過(guò)這種方式，父進(jìn)程可以及時(shí)回收子進(jìn)程的資源，避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。
子進(jìn)程在退出時(shí)會(huì)自動(dòng)釋放一部分資源，但并非所有資源都會(huì)自動(dòng)釋放，下面為你詳細(xì)介紹：

會(huì)自動(dòng)釋放的資源

1. 內(nèi)存資源

• 棧和堆內(nèi)存：子進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中在棧上分配的局部變量和在堆上通過(guò)malloc、calloc、realloc等函數(shù)分配的內(nèi)存，在子進(jìn)程退出時(shí)會(huì)被自動(dòng)釋放。例如，在子進(jìn)程中使用malloc分配了一塊內(nèi)存用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，當(dāng)子進(jìn)程退出時(shí)，操作系統(tǒng)會(huì)回收這塊內(nèi)存，防止內(nèi)存泄漏。
• 數(shù)據(jù)段和代碼段：子進(jìn)程的代碼段（存儲(chǔ)程序的可執(zhí)行指令）和數(shù)據(jù)段（存儲(chǔ)全局變量和靜態(tài)變量）所占用的內(nèi)存空間也會(huì)在子進(jìn)程退出時(shí)被釋放。
  

2. 文件描述符

子進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中打開(kāi)的文件描述符（如文件、套接字等），在子進(jìn)程退出時(shí)會(huì)被操作系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉 ，例如，子進(jìn)程打開(kāi)了一個(gè)文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，當(dāng)子進(jìn)程退出時(shí)，該文件描述符會(huì)被關(guān)閉，相應(yīng)的文件資源會(huì)被釋放。

3. 信號(hào)處理函數(shù)設(shè)置

子進(jìn)程所設(shè)置的信號(hào)處理函數(shù)等相關(guān)設(shè)置在其退出時(shí)會(huì)失效，操作系統(tǒng)會(huì)清理這些與子進(jìn)程相關(guān)的信號(hào)處理信息。

不會(huì)自動(dòng)釋放的資源

1. 進(jìn)程描述符

子進(jìn)程退出后，其進(jìn)程描述符（包含進(jìn)程的狀態(tài)信息、退出狀態(tài)、資源使用統(tǒng)計(jì)等）并不會(huì)自動(dòng)釋放。子進(jìn)程會(huì)進(jìn)入僵尸狀態(tài)（Zombie State），此時(shí)它的進(jìn)程描述符仍然保留在系統(tǒng)中，直到其父進(jìn)程調(diào)用wait或waitpid等系統(tǒng)調(diào)用獲取其退出狀態(tài)，釋放該進(jìn)程描述符，子進(jìn)程才會(huì)真正從系統(tǒng)中消失。如果父進(jìn)程沒(méi)有及時(shí)回收子進(jìn)程的進(jìn)程描述符，就會(huì)產(chǎn)生僵尸進(jìn)程。

2. 一些共享資源

• 共享內(nèi)存：如果子進(jìn)程使用了共享內(nèi)存（通過(guò)shmget、shmat等函數(shù)創(chuàng)建或關(guān)聯(lián)），在子進(jìn)程退出時(shí)，共享內(nèi)存本身不會(huì)自動(dòng)釋放。共享內(nèi)存是多個(gè)進(jìn)程可以共享的內(nèi)存區(qū)域，子進(jìn)程的退出不會(huì)影響其他進(jìn)程對(duì)共享內(nèi)存的使用，需要顯式地調(diào)用shmdt（分離共享內(nèi)存）和shmctl（刪除共享內(nèi)存）等函數(shù)來(lái)釋放共享內(nèi)存資源。
• 信號(hào)量：子進(jìn)程使用的信號(hào)量（通過(guò)semget、semop等函數(shù)操作）在其退出時(shí)也不會(huì)自動(dòng)釋放。信號(hào)量是用于進(jìn)程間同步的機(jī)制，需要顯式地調(diào)用semctl等函數(shù)來(lái)刪除信號(hào)量集。

綜上所述，雖然子進(jìn)程在退出時(shí)會(huì)自動(dòng)釋放一部分資源，但對(duì)于進(jìn)程描述符和一些共享資源，需要父進(jìn)程或其他進(jìn)程進(jìn)行顯式的處理，以確保系統(tǒng)資源的正確釋放和回收。