• 16、Linux中的僵尸进程


     解释一:[1,2]

    Unix编程中所谓"僵尸进程"指什么,什么情况下会产生僵尸进程,如何杀掉僵尸进程:

    fork()/execve()过程中,假设子进程结束时父进程仍存在,而父进程fork()之前既没安装SIGCHLD信号处理函数调用waitwaitpid()等待子进程结束,又没有显式忽略该信号,则子进程成为僵尸进程,无法正常结束,此时即使是root身份kill -9也不能杀死僵尸进程(僵死进程实际上是已死的进程,你当然不能杀死一个死人)

    ●在一个进程调用了exit之后,该进程并非马上就消失掉,而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构。在Linux进程的5种状态中,僵尸进程是非常特殊的一种,它已经放弃了几乎所有内存空间,没有任何可执行代码,也不能被调度,仅仅在进程列表中保留一个位置,记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集(如供父进程),除此之外,僵尸进程不再占有任何内存空间。从这点来看,僵尸进程虽然有一个很酷的名字,但它的影响力远远抵不上那些真正的僵尸兄弟,真正的僵尸总能令人感到恐怖,而僵尸进程却除了留下一些供人凭吊的信息,对系统毫无作用。

    ●系统调用exit,它的作用是使进程退出,但也仅仅限于将一个正常的进程变成一个僵尸进程,并不能将其完全销毁。僵尸进程虽然对其他进程几乎没有什么影响,不占用CPU时间,消耗的内存也几乎可以忽略不计,但有它在那里呆着,还是让人觉得心里很不舒服。而且Linux系统中进程数目是有限制的,在一些特殊的情况下,如果存在太多的僵尸进程,也会影响到新进程的产生。

    ●如何清理僵尸进程:用wait()waitpid()系统调用可以清理僵尸进程,或者杀死僵尸进程的父进程(僵尸进程的父进程必然存在),僵尸进程成为"孤儿进程",过继给1号进程initinit始终会负责清理僵尸进程。

    下面这段比喻形容了进程的一生,也更容易看出僵尸进程所处的阶段:

    随着一句fork,一个新进程呱呱落地,但它这时只是老进程的一个克隆。

    然后随着exec,新进程脱胎换骨,离家独立,开始了为人民服务的职业生涯。

    人有生老病死,进程也一样,它可以是自然死亡,即运行到main函数的最后一个"}",从容地离我们而去;也可以是自杀,自杀有2种方式,一种是调用exit函数,一种是在main函数内使用return,无论哪一种方式,它都可以留下遗书,放在返回值里保留下;它还甚至能可被谋杀,被其它进程通过另外一些方式结束他的生命。

    进程死掉以后,会留下一具僵尸,waitwaitpid充当了殓尸工,把僵尸推去火化,使其最终归于无形。

    这就是进程完整的一生。[1,2]

    处理:

    *显式忽略SIGCHLD信号是指类似这样的代码:

    signal( SIGCHLD, SIG_IGN );

    *安装SIGCHLD信号句柄是指类似这样的代码:

    View Code
    static void on_sigchld ( int signo ) 
    ...{
    pid_t pid;
    int status;
    while ( ( pid = waitpid( -1, &status, WNOHANG ) ) > 0 )
    ...{
    /*
    演示用,不推荐在信号句柄中使用fprintf()
    */
    fprintf( stderr,
    "child <%u> terminated", ( unsigned int )pid );
    }
    return;
    }
    /**//* end of on_sigchld */
    ... ...
    signal( SIGCHLD, on_sigchld );

    当然,不建议使用signal(),应该使用sigaction()[1]

    解释二:[3]

    僵尸进程中保存着很多对程序员和系统管理员非常重要的信息,首先,这个进程是怎么死亡的?是正常退出呢,还是出现了错误,还是被其它进程强迫退出的?其次,这个进程占用的总系统CPU时间和总用户 CPU时间分别是多少?发生页错误的数目和收到信号的数目。这些信息都被存储在僵尸进程中,试想如果没有僵尸进程,进程一退出,所有与之相关的信息都立刻归于无形,而此时程序员或系统管理员需要用到,就只好干瞪眼了。

    那么,我们如何收集这些信息,并终结这些僵尸进程呢?就要靠waitpid调用和wait调用。这两者的作用都是收集僵尸进程留下的信息,同时使这个进程彻底消失。

    wait

    pid_t wait(int *status)

    1进程一旦调用了wait,就立即阻塞自己,由wait自动分析是否当前进程的某个子进程已经退出,如果让它找到了这样一个已经变成僵尸的子进程,wait就会收集这个子进程的信息,并把它彻底销毁后返回;如果没有找到这样一个子进程,wait就会一直阻塞在这里,直到有一个出现为止。

    参数status用来保存被收集进程退出时的一些状态,它是一个指向int类型的指针。但如果我们对这个子进程是如何死掉的毫不在意,只想把这个僵尸进程消灭掉,(事实上绝大多数情况下,我们都会这样想),我们就可以设定这个参数为NULL,就象下面这样:

    pid = wait(NULL);

    如果成功,wait会返回被收集的子进程的进程ID,如果调用进程没有子进程,调用就会失败,此时wait返回-1,同时errno被置为ECHILD

    参数status

    如果参数status的值不是NULLwait就会把子进程退出时的状态取出并存入其中,这是一个整数值(int),指出了子进程是正常退出还是被非正常结束的(一个进程也可以被其他进程用信号结束),以及正常结束时的返回值,或被哪一个信号结束的等信息。由于这些信息被存放在一个整数的不同二进制位中,所以用常规的方法读取会非常麻烦,人们就设计了一套专门的宏(macro)来完成这项工作,下面我们来学习一下其中最常用的两个:

    ● WIFEXITED(status)

    这个宏用来指出子进程是否为正常退出的,如果是,它会返回一个非零值。

    (请注意,虽然名字一样,这里的参数status并不同于wait唯一的参数--指向整数的指针status,而是那个指针所指向的整数,切记不要搞混了。)

    ● WEXITSTATUS(status)

    WIFEXITED返回非零值时,我们可以用这个宏来提取子进程的返回值,如果子进程调用exit(5)退出,WEXITSTATUS (status)就会返回5;如果子进程调用exit(7)WEXITSTATUS(status)就会返回7。请注意,如果进程不是正常退出的,也就是说,WIFEXITED返回0,这个值就毫无意义。

    #include
    #include
    #include
    main()
    {
    int status;
    pid_t pc,pr;
    pc=fork();
    if(pc<0) /* 如果出错 */
    printf("error ocurred!n");
    else if(pc==0){ /* 子进程 */
    printf("This is child process with pid of %d.n",getpid());
    exit(3); /* 子进程返回3 */
    }
    else{ /* 父进程 */
    pr=wait(&status);
    if(WIFEXITED(status)){ /* 如果WIFEXITED返回非零值 */
    printf("the child process %d exit normally.n",pr);
    printf("the return code is %d.n",WEXITSTATUS(status));
    }
    else /* 如果WIFEXITED返回零 */
    printf("the child process %d exit abnormally.n",pr);
    }
    }
    

    有兴趣的读者可以自己参阅Linux man pages去了解它们的用法。

    2进程同步

    有时候,父进程要求子进程的运算结果进行下一步的运算,或者子进程的功能是为父进程提供了下一步执行的先决条件(如:子进程建立文件,而父进程写入数据),此时父进程就必须在某一个位置停下来,等待子进程运行结束,而如果父进程不等待而直接执行下去的话,可以想见,会出现极大的混乱。这种情况称为进程之间的同步,更准确地说,这是进程同步的一种特例。进程同步就是要协调好2个以上的进程,使之以安排好地次序依次执行。

    View Code
    #include
    #include
    main()
    {
    pid_t pc, pr;
    int status;
    pc
    =fork();
    if(pc<0)
    printf(
    "Error occured on forking.n");
    else if(pc==0){
    /* 子进程的工作 */
    exit(
    0);
    }
    else{
    /* 父进程的工作 */
    pr
    =wait(&status);
    /* 利用子进程的结果 */
    }
    }

    waitpid

    pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)

    从本质上讲,系统调用waitpidwait的作用是完全相同的,但waitpid多出了两个可由用户控制的参数pidoptions,从而为我们编程提供了另一种更灵活的方式。下面我们就来详细介绍一下这两个参数:

    ● pid

    从参数的名字pid和类型pid_t中就可以看出,这里需要的是一个进程ID。但当pid取不同的值时,在这里有不同的意义。

    pid>0时,只等待进程ID等于pid的子进程,不管其它已经有多少子进程运行结束退出了,只要指定的子进程还没有结束,waitpid就会一直等下去。

    pid=-1时,等待任何一个子进程退出,没有任何限制,此时waitpidwait的作用一模一样。

    pid=0时,等待同一个进程组中的任何子进程,如果子进程已经加入了别的进程组,waitpid不会对它做任何理睬。

    pid<-1时,等待一个指定进程组中的任何子进程,这个进程组的ID等于pid的绝对值。

    ● options

    options提供了一些额外的选项来控制waitpid,目前在Linux中只支持WNOHANGWUNTRACED两个选项,这是两个常数,可以用"|"运算符把它们连接起来使用,比如:

    ret=waitpid(-1,NULL,WNOHANG | WUNTRACED);

    如果我们不想使用它们,也可以把options设为0,如:

    ret=waitpid(-1,NULL,0);

    如果使用了WNOHANG参数调用waitpid,即使没有子进程退出,它也会立即返回,不会像wait那样永远等下去。

    WUNTRACED参数,由于涉及到一些跟踪调试方面的知识,加之极少用到,有兴趣的读者可以自行查阅相关材料。

    可以看出,wait不就是经过包装的waitpid察看<内核源码目录>/include/unistd.h文件349-352行就会发现以下程序段:

    static inline pid_t wait(int * wait_stat)

    {

    return waitpid(-1,wait_stat,0);

    }

    返回值和错误

    waitpid的返回值比wait稍微复杂一些,一共有3种情况:

    当正常返回的时候,waitpid返回收集到的子进程的进程ID

    如果设置了选项WNOHANG,而调用中waitpid发现没有已退出的子进程可收集,则返回0

    如果调用中出错,则返回-1,这时errno会被设置成相应的值以指示错误所在;

    pid所指示的子进程不存在,或此进程存在,但不是调用进程的子进程,waitpid就会出错返回,这时errno被设置为ECHILD

    View Code
    /* waitpid.c */
    #include
    #include
    #include
    main()
    {
    pid_t pc, pr;
    pc
    =fork();
    if(pc<0) /* 如果fork出错 */
    printf(
    "Error occured on forking.n");
    else if(pc==0){ /* 如果是子进程 */
    sleep(
    10); /* 睡眠10秒 */
    exit(
    0);
    }
    /* 如果是父进程 */
    do{
    pr
    =waitpid(pc, NULL, WNOHANG); /* 使用了WNOHANG参数,waitpid不会在这里等待 */
    if(pr==0){ /* 如果没有收集到子进程 */
    printf(
    "No child exitedn");
    sleep(
    1);
    }
    }
    while(pr==0); /* 没有收集到子进程,就回去继续尝试 */
    if(pr==pc)
    printf(
    "successfully get child %dn", pr);
    else
    printf(
    "some error occuredn");
    }

    更详细参见[3]

    Linux中的进程基本状态:

        1、执行(R)状态:CPU正在执行,即进程正在占用CPU

        2、就绪(W)状态:进程已经具备的执行的一切条件,正在等待分配CPU的处理时间片。

    3、停止(S)状态:进程不能使用CPU

    三个函数:

    fork();功能:创建一个新的进程。(fork()<0[出错]fork()==0[子进程]fork()>0[父进程]

    wait();功能:真正结束进程(收尸)。

    exec();功能:执行外部程序。[4]

    参考:

    [1] http://blog.csdn.net/dai_weitao/archive/2007/08/01/1721184.aspx

    [2] http://blog.csdn.net/upcuiling/archive/2006/04/26/678498.aspx

    [3] http://blog.csdn.net/xjtuse_mal/archive/2007/05/31/1632185.aspx(详细)

    [4] http://blog.csdn.net/stevexk/archive/2006/05/15/729215.aspx

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