Linux 僵尸进程

Linux 允许进程查询内核以获得其父进程的 PID，或者其任何子进程的执行状态。例如，进程可以创建一个子进程来执行特定的任务，然后调用诸如 wait() 这样的一些库函数检查子进程是否终止。如果子进程已经终止，那么，它的终止代号将告诉父进程这个任务是否已成功地完成。
为了遵循这些设计原则，不允许 Linux 内核在进程一终止后就丢弃包含在进程描述符字段中的数据。只有父进程发出了与被终止的进程相关的 wait() 类系统调用之后，才允许这样做。这就是引入僵死状态的原因：尽管从技术上来说进程已死，但必须保存它的描述符，直到父进程得到通知。
如果一个进程已经终止，但是它的父进程尚未调用 wait() 或 waitpid() 对它进行清理，这时的进程状态称为僵死状态，处于僵死状态的进程称为僵尸进程(zombie process)。任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了。

僵尸进程是如何产生的

为了观察到僵尸进程，我们自己写一个不正常的程序，父进程 fork 出子进程，子进程终止，而父进程既不终止也不调用 wait 清理子进程：

#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.
", 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.
", getpid(), getppid());
    }
    return 0;
}

把上面的代码保存到文件 zomprocdemo.c 文件中，并执行下面的命令编译：

$ gcc zomprocdemo.c -o zomprocdemo

然后运行编译出来的 zomprocdemo 程序：

$ ./zomprocdemo

此时子进程已经退出，但是父进程没有退出也没有通过 wait() 调用处理子进程。我们使用 ps 命令查看进程的状态：

上图红框中的大写字母 "Z" 说明 PID 为 112712 的进程此时处于僵死的状态。

让我们接着往下看！在结束 sleep 后父进程退出。当父进程退出后，子进程会变成孤儿进程，此时它会被一个管理进程收养。在不同的系统中，这个管理进程不太一样，早期一般是 init 进程，Ubuntu 上是 upstart，还有近来的 Systemd。但是它们都完成相同的任务，就是 wiat() 这些孤儿进程，并最终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彻底的被清除了。

僵尸进程的危害

在进程退出的时候，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 PID，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。

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。

如何处理僵尸进程

僵尸进程的产生是因为父进程没有 wait() 子进程。所以如果我们自己写程序的话一定要在父进程中通过 wait() 来避免僵尸进程的产生。

当系统中出现了僵尸进程时，我们是无法通过 kill 命令把它清除掉的。但是我们可以杀死它的父进程，让它变成孤儿进程，并进一步被系统中管理孤儿进程的进程收养并清理。

下面的 demo 中，父进程通过 wait() 等待子进程结束：

#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
");
            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
", WEXITSTATUS(stat_val));
         }            
    }
    return 0;
}

demo 中父进程不仅等待子进程结束，还通过 WEXITSTATUS 宏取到了子进程的 exit code。