僵尸进程1

僵尸进程(转载)　
　　
　　前面的文章中，我们已经了解了父进程和子进程的概念，并已经掌握了系统调用exit的用法，但可能很少有人意识到，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，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。
　　
　　也许读者们还对这个新概念比较好奇，那就让我们来看一眼Linux里的僵尸进程究竟长什么样子。
　　
　　当一个进程已退出，但其父进程还没有调用系统调用wait（稍后介绍）对其进行收集之前的这段时间里，它会一直保持僵尸状态，利用这个特点，我们来写一个简单的小程序：
　　
　　/* zombie.c */
　　#include
　　#include
　　main()
　　{
　　 pid_t pid;
　　
　　 pid=fork();
　　
　　 if(pid<0) /* 如果出错 */
　　 printf("error occurred!n");
　　 else if(pid==0) /* 如果是子进程 */
　　 exit(0);
　　 else /* 如果是父进程 */
　　 sleep(60); /* 休眠60秒，这段时间里，父进程什么也干不了 */
　　 wait(NULL); /* 收集僵尸进程 */
　　}
　　
　　
　　
　　sleep的作用是让进程休眠指定的秒数，在这60秒内，子进程已经退出，而父进程正忙着睡觉，不可能对它进行收集，这样，我们就能保持子进程60秒的僵尸状态。
　　
　　编译这个程序：
　　
　　$ cc zombie.c -o zombie
　　
　　
　　
　　后台运行程序，以使我们能够执行下一条命令：
　　
　　$ ./zombie &
　　[1] 1577
　　
　　
　　
　　列一下系统内的进程：
　　
　　$ ps -ax
　　... ...
　　 1177 pts/0 S 0:00 -bash
　　 1577 pts/0 S 0:00 ./zombie
　　 1578 pts/0 Z 0:00 [zombie ]
　　 1579 pts/0 R 0:00 ps -ax
　　
　　
　　
　　看到中间的“Z”了吗？那就是僵尸进程的标志，它表示1578号进程现在就是一个僵尸进程。
　　
　　我们已经学习了系统调用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。那么，我们该如何来消灭这些僵尸进程呢？
　　
　　先来了解一下僵尸进程的来由，我们知道，Linux和UNIX总有着剪不断理还乱的亲缘关系，僵尸进程的概念也是从UNIX上继承来的，而UNIX的先驱们设计这个东西并非是因为闲来无聊想烦烦其他的程序员。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？就要靠我们下面要讲到的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。下面就对这两个调用分别作详细介绍。
　　
　　
　　wait
　　
　　
　　简介
　　
　　wait的函数原型是：
　　
　　#include /* 提供类型pid_t的定义 */
　　#include
　　 pid_t wait(int *status)
　　
　　
　　
　　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。
　　
　　实战
　　
　　下面就让我们用一个例子来实战应用一下wait调用，程序中用到了系统调用fork，如果你对此不大熟悉或已经忘记了，请参考上一篇文章进程管理相关的系统调用（1）。
　　
　　/* wait1.c */
　　#include
　　#include
　　#include
　　#include
　　main()
　　{
　　 pid_t pc,pr;
　　
　　 pc=fork();
　　
　　 if(pc<0) /* 如果出错 */
　　 printf("error ocurred!n");
　　 else if(pc==0){ /* 如果是子进程 */
　　 printf("This is child process with pid of %dn",getpid());
　　 sleep(10); /* 睡眠10秒钟 */
　　 }
　　 else{ /* 如果是父进程 */
　　 pr=wait(NULL); /* 在这里等待 */
　　 printf("I catched a child process with pid of %dn"),pr);
　　 }
　　 exit(0);
　　}
　　
　　
　　
　　编译并运行:
　　
　　$ cc wait1.c -o wait1
　　$ ./wait1
　　This is child process with pid of 1508
　　I catched a child process with pid of 1508
　　
　　
　　
　　可以明显注意到，在第2行结果打印出来前有10秒钟的等待时间，这就是我们设定的让子进程睡眠的时间，只有子进程从睡眠中苏醒过来，它才能正常退出，也就才能被父进程捕捉到。其实这里我们不管设定子进程睡眠的时间有多长，父进程都会一直等待下去，读者如果有兴趣的话，可以试着自己修改一下这个数值，看看会出现怎样的结果。
　　
　　参数status
　　
　　如果参数status的值不是NULL，wait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，我们将在以后的文章中介绍），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)
　　
　　当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。
　　
　　下面通过例子来实战一下我们刚刚学到的内容：
　　
　　/* wait2.c */
　　#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);
　　 }
　　
　　}
　　
　　
　　
　　编译并运行:
　　
　　$ cc wait2.c -o wait2
　　$ ./wait2
　　This is child process with pid of 1538.
　　the child process 1538 exit normally.
　　the return code is 3.
　　
　　
　　
　　父进程准确捕捉到了子进程的返回值3，并把它打印了出来。
　　
　　当然，处理进程退出状态的宏并不止这两个，但它们当中的绝大部分在平时的编程中很少用到，就也不在这里浪费篇幅介绍了，有兴趣的读者可以自己参阅Linux man pages去了解它们的用法。
　　
　　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。解决进程同步问题有更通用的方法，我们将在以后介绍，但对于我们假设的这种情况，则完全可以用wait系统调用简单的予以解决。请看下面这段程序：
　　
　　#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 */
　　 }
　　}
　　
　　
　　
　　这段程序只是个例子，不能真正拿来执行，但它却说明了一些问题，首先，当fork调用成功后，父子进程各做各的事情，但当父进程的工作告一段落，需要用到子进程的结果时，它就停下来调用wait，一直等到子进程运行结束，然后利用子进程的结果继续执行，这样就圆满地解决了我们提出的进程同步问题。
　　
　　
　　waitpid
　　
　　
　　简介
　　
　　waitpid系统调用在Linux函数库中的原型是：
　　
　　#include /* 提供类型pid_t的定义 */
　　#include
　　pid_t waitpid(pid_t pid,int *status,int options)
　　
　　
　　
　　从本质上讲，系统调用waitpid和wait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pid和options，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waitpid和wait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WNOHANG和WUNTRACED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。
　　
　　而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，这里就不多费笔墨了，有兴趣的读者可以自行查阅相关材料。
　　
　　看到这里，聪明的读者可能已经看出端倪了--wait不就是经过包装的waitpid吗？没错，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；
　　
　　当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；
　　
　　/* 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");
　　}
　　
　　
　　
　　编译并运行：
　　
　　$ cc waitpid.c -o waitpid
　　$ ./waitpid
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　No child exited
　　successfully get child 1526
　　
　　
　　
　　父进程经过10次失败的尝试之后，终于收集到了退出的子进程。
　　
　　因为这只是一个例子程序，不便写得太复杂，所以我们就让父进程和子进程分别睡眠了10秒钟和1秒钟，代表它们分别作了10秒钟和1秒钟的工作。父子进程都有工作要做，父进程利用工作的简短间歇察看子进程的是否退出，如退出就收集它。