Linux进程编程实践2——进程状态、模拟实现僵尸进程和孤儿进程

ゝ一纸荒年。 2022-10-31 00:44 270阅读 0赞

### Linux进程编程实践——进程状态、模拟实现僵尸进程和孤儿进程 ###

*  一、Linux进程状态
 *  二、僵尸进程
 *   *  2.1 什么是僵尸进程？
     *  2.2 模拟实现僵尸进程
     *   *  Q1：为什么会有僵尸进程？
         *  Q2：僵尸进程的危害有哪些？
 *  三、孤儿进程
 *   *  3.1 什么是孤儿进程？
     *  3.2 模拟实现孤儿进程

# 一、Linux进程状态 #

操作系统的经典三态为：**就绪、阻塞、运行**  
对于Linux内核来说我们可以在kernel源代码里看到进程的状态

/*
    * The task state array is a strange "bitmap" of
    * reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
    * you can test for combinations of others with
    * simple bit tests.
    */
    static const char * const task_state_array[] = {
        
    "R (running)", /* 0 */
    "S (sleeping)", /* 1 */
    "D (disk sleep)", /* 2 */
    "T (stopped)", /* 4 */
    "t (tracing stop)", /* 8 */
    "X (dead)", /* 16 */
    "Z (zombie)", /* 32 */
    };

*  **R运行状态（running）** : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
 *  **S睡眠状态（sleeping):** 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠
 *  **D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态**（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
 *  **T停止状态（stopped）**： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
 *  **X死亡状态（dead）**：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态
 *  **Z僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态**。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程。
 *  僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

# 二、僵尸进程 #

## 2.1 什么是僵尸进程？ ##

如果**子进程先退出**，**父进程还没退出**，那么子进程必须等到父进程捕获到了子进程的退出状态才真正结束，否则这个时候子进程就成为僵尸进程。之所以被称为**僵死进程是因为他虽然死掉了，但依然在进程表中存在**。

## 2.2 模拟实现僵尸进程 ##

僵尸进程的原理是子进程先退出，而父进程没有捕获到子进程的退出状态，这是子进程就变成了一个僵尸进程，我们利用fork()来创建出一个子进程，并于10s后退出

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #include<stdlib.h>
    
    int main()
    {
        
      pid_t ret = fork();
      if(ret < 0)
      {
        
        printf("创建进程失败！\n");
      }
      else if(ret == 0)
      {
        
        int count = 0;
        while(count++ < 5)
        {
        
          printf("我是子进程(id:%d)\n",getpid());
          sleep(2);
        }
        exit(0);
      }
      else
      {
        
        while(1)
        {
        
          printf("我是父进程(id:%d)\n",getpid());
          sleep(1);
        }
      }
      sleep(1);
      return 0;
    }

上述代码编译后运行，可以看到如下效果  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70]

我们另开一个窗口并编写一个监测进程脚本来查看进程的状态

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 06-zombie| grep -v grep; sleep 1 ; echo "#############"; done

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
这样僵尸进程就被模拟出来了

### Q1：为什么会有僵尸进程？ ###

*  给进程设置僵尸状态的目的是**维护子进程的信息**，以便父进程在以后某个时间获取。
 *  这些信息包括子进程的进程ID、终止状态以及资源利用信息(CPU时间，内存使用量等等)。
 *   *  如果一个进程终止，而该进程有子进程处于僵尸状态，那么它的所有僵尸子进程的父进程ID将被重置为1（init进程）。继承这些子进程的init进程将清理它们(init进程将wait它们，从而去除僵尸状态)。

### Q2：僵尸进程的危害有哪些？ ###

*  僵尸进程存在的原因是为了维护子进程的信息，如果父进程不读取子进程的退出状态，那么**子进程会一直维持僵尸状态**！
 *  维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task\_struct(PCB)中，换句话说， Z状态一直不退出， **PCB一直都要维护**
 *  结构体本身占用内存，如果Z状态一直不退出，就会**造成内存资源的浪费**！
 *  造成**内存泄漏**！

# 三、孤儿进程 #

## 3.1 什么是孤儿进程？ ##

如果**父进程先退出**，**子进程还没退出**那么子进程的父进程将变为init进程。

**注意：**

*  任何一个进程都必须由父进程
 *  如果父亲进程先结束，子进程会托孤给1号进程

## 3.2 模拟实现孤儿进程 ##

僵尸进程的模拟实现是通过fork()创建子进程并先于父进程退出就可以实现，同理，孤儿进程只需要让父进程先于子进程退出即可，只需对代码逻辑稍加修改就能实现

#include<stdio.h>
    #include<unistd.h>
    #include<stdlib.h>
    
    int main()
    {
        
      pid_t ret = fork();
      if(ret < 0)
      {
        
        printf("创建进程失败！\n");
      }
      else if(ret > 0)
      {
        
        int count = 0;
        while(count++ < 5)
        {
        
          printf("我是父进程(id:%d)\n",getpid());
          sleep(2);
        }
        exit(0);
      }
      else
      {
        
        while(1)
        {
        
          printf("我是子进程(id:%d)\n",getpid());
          sleep(1);
        }
      }
      sleep(1);
      return 0;
    }

编译运行上述代码：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
我们另开一个窗口并编写一个监测进程脚本来查看进程的状态

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep 07-orphan | grep -v grep; sleep 1 ; echo "#############"; done

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQwMDc2MDIy_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221024/358c8953e8ef45af81839d13c8e16e3c.png
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