Linux行程4：孤兒行程，僵尸行程(及解決方法)，守護行程講解

孤兒行程，僵尸行程(及解決方法)，守護行程講解

孤兒行程：

父行程如果不等待子行程退出，在子行程之前就結束了自己的“生命”此時的子行程叫做孤兒行程，====爹沒了，
Linux避免系統存在過多的孤兒行程，init行程收留孤兒行程，變成孤兒行程的父行程，====init養父

僵尸行程：

創建子行程后，子行程退出狀態不被收集，變成僵尸行程，爹不要它了
除非爹死后變孤兒init養父接收，如果父行程是死回圈，那么該僵尸行程就變成游魂野鬼消耗空間，

守護行程：

守護行程（Daemon）是在一類脫離終端在后臺執行的程式, 通常以 d 結尾, 隨系統啟動, 其父行程 (ppid) 通常是init 行程，====后臺小天使

1.孤兒行程：

案例演示：

實體：以下是一個孤兒行程的示例程式，在此程式中，讓父行程先退出，然后子行程再次列印自己的父行程號：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();//創建一個行程
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");//創建失敗
exit(1);
}
//子行程
if (pid == 0)
{
printf("I am the childprocess.\n");
//輸出行程ID和父行程ID
printf("pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
printf("I will sleep fiveseconds.\n");
//睡眠5s，保證父行程先退出
sleep(5);
printf("pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
printf("child process isexited.\n");
}
//父行程
else
{
printf("I am fatherprocess.\n");
//父行程睡眠1s，保證子行程輸出行程id
sleep(1);
printf("father process is  exited.\n");
}
return 0;
}

注意：
getpid函式可以獲得當前行程的pid，getppid函式可以獲得當前行程的父行程號，

運行結果：

說明：
首先列印子行程和父行程的ID，后來父行程提前終結，子行程成為孤兒行程，列印子行程和init父行程ID，

2.僵尸行程：

一個行程使用fork創建子行程，如果子行程退出，而父行程并沒有呼叫wait或waitpid獲取子行程的狀態資訊，那么子行程的行程描述符仍然保存在系統中，這種行程稱之為僵尸行程，

注意：
僵尸行程還會消耗一定的系統資源，并且還保留一些概要資訊供父行程查詢子行程的狀態可以提供父行程想要的資訊，一旦父行程得到想要的資訊，僵尸行程就會結束，

僵尸行程怎樣產生的：

一個行程在呼叫exit命令結束自己的生命的時候，其實它并沒有真正的被銷毀，而是留下一個稱為僵尸行程（Zombie）的資料結構（系統呼叫 exit，它的作用是使行程退出，但也僅僅限于將一個正常的行程變成一個僵尸行程，并不能將其完全銷毀），

在Linux行程的狀態中，僵尸行程是非常特殊的一種，它已經放棄了幾乎所有記憶體空間，沒有任何可執行代碼，也不能被調度，僅僅在行程串列中保留一個位置，記載該行程的退出狀態等資訊供其他行程收集，除此之外，僵尸行程不再占有任何記憶體空間，它需要它的父行程來為它收尸，如果他的父行程沒安裝 SIGCHLD信號處理函式呼叫wait或waitpid()等待子行程結束，又沒有顯式忽略該信號，那么它就一直保持僵尸狀態，如果這時父行程結束了， 那么init行程自動會接手這個子行程，為它收尸，它還是能被清除的，但是如果如果父行程是一個回圈，不會結束，那么子行程就會一直保持僵尸狀態，這就是 為什么系統中有時會有很多的僵尸行程，

怎么查看僵尸行程：

利用命令：ps，可以看到有標記為Z的行程就是僵尸行程，

怎樣來清除僵尸行程：

方法一：

改寫父行程，在子行程死后要為它收尸，
具體做法是接管SIGCHLD信號，子行程死后，會發送SIGCHLD信號給父行程，父行程收到此信號后，執行waitpid()函式為子行程收尸，這是基于這樣的原理：就算父行程沒有呼叫 wait，內核也會向它發送SIGCHLD訊息，盡管對的默認處理是忽略，如果想回應這個訊息，可以設定一個處理函式，

方法二：

把父行程殺掉，父行程死后，僵尸行程成為"孤兒行程"，過繼給行程init，init始侄訓負責清理僵尸行程，它產生的所有僵尸行程也跟著消失，
注：僵尸行程將會導致資源浪費，而孤兒則不會，

案例演示1：

實體1：以下是一個僵尸行程的示例程式，在此程式中，子行程先退出，父行程不呼叫wait()或waitpid()清理子行程資訊，

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am child process.I amexiting.\n");
exit(0);
}
printf("I am father process.I willsleep two seconds\n");
//等待子行程先退出
sleep(2);
//輸出行程資訊
system("ps -opid,ppid,state,tty,command");
printf("father process isexiting.\n");
return 0;
}

運行結果：

說明：
子行程變成了僵尸行程

案例演示2：

實體2：父行程回圈創建子行程，子行程退出，造成多個僵尸行程，

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
int main()
{
pid_t pid;
//回圈創建子行程
while(1)
{
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am a childprocess.\nI am exiting.\n");
//子行程退出，成為僵尸行程
exit(0);
}
else
{
//父行程休眠20s繼續創建子行程
sleep(4);
continue;
}
}
return 0;
}

運行結果：

3.僵尸行程解決辦法：

通過信號機制：

子行程退出時向父行程發送SIGCHILD信號，父行程處理SIGCHILD信號，在信號處理函式中呼叫wait進行處理僵尸行程，測驗程式如下所示：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
static voidsig_child(int signo);
int main()
{
pid_t pid;
//創建捕捉子行程退出信號
signal(SIGCHLD,sig_child);
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am child process,pid id%d.I am exiting.\n",getpid());
exit(0);
}
printf("I am father process.I willsleep two seconds\n");
//等待子行程先退出
sleep(2);
//輸出行程資訊
system("ps -opid,ppid,state,tty,command");
printf("father process isexiting.\n");
return 0;
}
static voidsig_child(int signo)
{
pid_t pid;
int stat;
//處理僵尸行程
while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG))>0)
printf("child %dterminated.\n", pid);
}

運行結果：

兩次fork()：

《Unix 環境高級編程》8.6節說的非常詳細，原理是將子行程成為孤兒行程，從而其的父行程變為init行程，通過init行程可以處理僵尸行程，測驗程式如下所示：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid;
//創建第一個子行程
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一個子行程
else if (pid == 0)
{
//子行程再創建子行程
printf("I am the first childprocess.pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一個子行程退出
else if (pid >0)
{
printf("first procee isexited.\n");
exit(0);
}
//第二個子行程
//睡眠3s保證第一個子行程退出，這樣第二個子行程的父親就是init行程里
sleep(3);
printf("I am the second childprocess.pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
exit(0);
}
//父行程處理第一個子行程退出
if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)
{
perror("waitepid error:");
exit(1);
}
exit(0);
return 0;
}

運行結果：

說明：
父行程變成了init行程，

4.守護行程：

同樣我們需要了解一下什么是守護行程，守護行程就是在后臺運行，不與任何終端關聯的行程，通常情況下守護行程在系統啟動時就在運行，它們以root用戶或者其他特殊用戶(apache和postfix)運行，并能處理一些系統級的任務，習慣上守護行程的名字通常以d結尾(sshd)，但這些不是必須的，

守護行程是脫離于終端并且在后臺運行的行程，守護行程脫離于終端，是為了避免行程在執行程序中的資訊在任何終端上顯示，并且行程也不會被任何終端所產生的終端資訊所打斷，

守護行程，也就是通常說的Daemon行程，是Linux中的后臺服務行程，它是一個生存期較長的行程，通常獨立于控制終端并且周期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件，守護行程常常在系統引導裝入時啟動，在系統關閉時終止，Linux系統有很多守護行程，大多數服務都是通過守護行程實作的，同時，守護行程還能完成許多系統任務，例如，作業規劃行程crond、列印行程lqd等（這里的結尾字母d就是Daemon的意思），

由于在Linux中，每一個系統與用戶進行交流的界面稱為終端，每一個從此終端開始運行的行程都會依附于這個終端，這個終端就稱為這些行程的控制終端，當控制終端被關閉時，相應的行程都會自動關閉，但是守護行程卻能夠突破這種限制，它從被執行開始運轉，直到整個系統關閉時才退出，如果想讓某個行程不因為用戶或終端或其他的變化而受到影響，那么就必須把這個行程變成一個守護行程，

下面介紹一下創建守護行程的步驟：

· 呼叫fork(),創建新行程,它會是將來的守護行程.
· 在父行程中呼叫exit,保證子行程不是行程組長
· 呼叫setsid()創建新的會話區
· 將當前目錄改成跟目錄(如果把當前目錄作為守護行程的目錄,當前目錄不能被卸載他作為守護行程的作業目錄)
· 將標準輸入,標注輸出,標準錯誤重定向到/dev/null

代碼演示：

#include<sys/types.h>
#incldue<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<errno.h>
#include<signal.h>
#include<fcntl.h>
#incldue<unistd.h>
#include<linux/fs.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int i;
pid = fork();    //創建一個新行程,將來會是守護行程
if(pid == -1)
{
return -1;
}
else if(pid != 0){ //父行程呼叫exit,保證子行程不是行程組長
exit(EXIT_SUCCESS);
}  
if(setsid() == -1) //創建新的會話區
{
return -1;        
}   
if(chdir("/") == -1)  //將當前目錄改成根目錄
{
return -1;
}  
for(i = 0;i < NR_OPEN;i++)
{
close(i);
}
open("/dev/null",O_RDWR); 重定向
dup(0);
dup(0);   
return 0;
}

運行結果：

disda    26217     1 0 
06:59 ?        00:00:00 ./dm01_demon 則出現了守護行程!

5.常見問答：

孤兒行程有危害嗎？

孤兒行程是沒有父行程的行程，孤兒行程這個重任就落到了init行程身上，init行程就好像是一個民政局，專門負責處理孤兒行程的善后作業，每當出現一個孤兒行程的時候，內核就把孤兒行程的父行程設定為init，而init行程會回圈地wait()它的已經退出的子行程，這樣，當一個孤兒行程凄涼地結束了其生命周期的時候，init行程就會代表黨和政府出面處理它的一切善后作業，因此孤兒行程并不會有什么危害，

僵尸行程有危害嗎？

僵尸行程危害場景：“擒賊先擒王”，

例如有個行程，它定期的產生一個子行程，這個子行程需要做的事情很少，做完它該做的事情之后就退出了，因此這個子行程的生命周期很短，但是，父行程只管生成新的子行程，至于子行程 退出之后的事情，則一概不聞不問，這樣，系統運行上一段時間之后，系統中就會存在很多的僵死行程，倘若用ps命令查看的話，就會看到很多狀態為Z的行程， 嚴格地來說，僵死行程并不是問題的根源，罪魁禍首是產生出大量僵死行程的那個父行程，因此，當我們尋求如何消滅系統中大量的僵死行程時，答案就是把產生大量僵死行程的那個元兇槍斃掉（也就是通過kill發送SIGTERM或者SIGKILL信號啦），槍斃了元兇行程（父行程）之后，它產生的僵死行程就變成了孤兒行程，這些孤兒行程會被init行程接管，init行程會wait()這些孤兒行程，釋放它們占用的系統行程表中的資源，這樣，這些已經僵死的孤兒行程 就能瞑目而去了，這就是守護行程的作用，如果發生大量的僵尸行程，守護行程就會查找其父行程，然后無情的kill掉！

什么要盡量避免僵尸行程？

首先要明白，僵尸行程不是活著的行程，可以說就是一個資料結構，它是已經完成的任務的行程，但是不是它完成任務后就會煙消云散的，他會留下一點東西，這個東西就是他的行程Id，他的結束狀態等，為什么了留下這個東西呢？因為這個是用來向他的父行程報告自己的完成狀況用的，想想父行程為什么會創建一個行程，是用來完成任務的，父行程需要知道子行程的完成情況，所有出現這樣的機制，對于僵尸行程只有父行程自己可以清理掉，呼叫wait等命令，就可以了，但是父行程不清理咋辦，那么就說明僵尸行程存在，浪費了行程Id，行程的id是一種有限資源，用一個少一個啊，所以如果大量的僵尸行程存在的話，解決方法可以是殺掉無良的爹，孩子就可以被收養了，所以說，系統中的行程數量是有限的，雖然僵尸行程占用的資源和記憶體都比較少，但是它卻占領著數字，可能會導致系統無法再創建新的行程，因此及時清除僵尸行程很重要！

補充：

Linux中的常見命令：
用于檔案操作的常見命令：
cp（拷貝）、rm（洗掉）、mkdir（創建）、cd（切換目錄）、mv（改名）、ls（羅列檔案/檔案夾）、tar（解壓縮）、chmod（更改權限）、chown（更改所有者）
用于系統行程操作的常見命令：
top/htop(查看系統中所有行程實時運行情況）、ps（列出系統中的行程）、lsof（查看某個埠是否被占用）、kill（殺死某個行程）、iotop（監控磁盤I/O情況）、ifconfig（查看本機IP）