Linux后台开发中避免僵尸进程的方法总结

淩亂°似流年 2022-11-20 06:58 280阅读 0赞

一、什么是僵死进程？  
一般情况下，程序调用exit（包括\_exit和\_Exit,它们的区别这里不做解释），它的绝大多数内存和相关的资源已经被内核释放掉，但是在进程表中这个进程项（entry）还保留着（进程ID，退出状态，占用的资源等等），你可能会问，为什么这么麻烦，直接释放完资源不就行了吗？这是因为有时它的父进程想了解它的退出状态。在子进程退出但还未被其父进程“收尸”之前，该子进程就是僵死进程，或者僵尸进程。如果父进程先于子进程去世，那么子进程将被init进程收养，这个时候init就是这个子进程的父进程。

所以一旦出现父进程长期运行，而又没有显示调用wait或者waitpid，同时也没有处理SIGCHLD信号，这个时候init进程就没有办法来替子进程收尸，这个时候，子进程就真的成了“僵尸”了。

二、僵死进程与孤儿进程的区别？  
回答这个问题很简单，就是爸爸（父进程）和儿子（子进程）谁先死的问题！

如果当儿子还在世的时候，爸爸去世了，那么儿子就成孤儿了，这个时候儿子就会被init收养，换句话说，init进程充当了儿子的爸爸，所以等到儿子去世的时候，就由init进程来为其收尸。

如果当爸爸还活着的时候，儿子死了，这个时候如果爸爸不给儿子收尸，那么儿子就会变成僵尸进程。

三、僵死进程的危害？  
僵死进程的PID还占据着，意味着海量的子进程会占据满进程表项，会使后来的进程无法fork.  
僵死进程的内核栈无法被释放掉（1K 或者 2K大小），为啥会留着它的内核栈，因为在栈的最低端，有着thread\_info结构，它包含着 struct\_task 结构，这里面包含着一些退出信息。  
四、避免僵死进程的方法  
网上搜了下，总结有三种方方法：

① 程序中显示的调用signal(SIGCHLD, SIG\_IGN)来忽略SIGCHLD信号，这样子进程结束后，由内核来wai和释放资源

② fork两次，第一次fork的子进程在fork完成后直接退出，这样第二次fork得到的子进程就没有爸爸了，它会自动被老祖宗init收养，init会负责释放它的资源，这样就不会有“僵尸”产生了

③ 对子进程进行wait，释放它们的资源，但是父进程一般没工夫在那里守着，等着子进程的退出，所以，一般使用信号的方式来处理，在收到SIGCHLD信号的时候，在信号处理函数中调用wait操作来释放他们的资源。

五、对每个避免僵死进程方法的解析与总结  
首先我们让我们来看一个生成僵尸进程的程序zombie.c如下：

#include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> #include <unistd.h> int main(int argc, const char *argv[]) 
    {       int i;   
        pid_t pid;        for (i = 0; i < 10; i++) {    
            if ((pid = fork()) == 0)    /* child */   
                _exit(0);   
        }      sleep(10);   
          exit(EXIT_SUCCESS);  }

运行程序，在10s睡眠期间使用ps查看进程，你会发现有10个标记为“defunct”的僵尸进程：  
![在这里插入图片描述][20201030142309701.png_pic_center]

接下来看第一种方法，程序avoid\_zombie1.c如下:

#include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> int main( int argc, const char *argv[]) 
    {       pid_t pid;        if (SIG_ERR == signal(SIGCHLD, SIG_IGN)) {    
            perror("signal error");   
            _exit(EXIT_FAILURE);      }        while (1) {    
            if ((pid = fork()) == 0)    /* child */   
                _exit(0);   
        }        exit(EXIT_SUCCESS);  }

程序运行期间通过ps命令的确没有发现僵尸进程的存在。

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![linux下定位多线程内存越界问题实践总结][linux]

在man文档中有这段话：

Note that even though the default disposition of SIGCHLD is “ignore”, explicitly setting the disposition to SIG\_IGN results in different treatment of zombie process children.

意思是说尽管系统对信号SIGCHLD的默认处理就是“ignore”，但是显示的设置成SIG\_IGN的处理方式在在这里会表现不同的处理方式（即子进程结束后，资源由系统自动收回，所以不会产生僵尸进程），这是信号SIGCHLD与其他信号的不同之处。

在man文档中同样有这样一段话：

The original POSIX standard left the behavior of setting SIGCHLD to SIG\_IGN unspecified. 看来这个方法不是每个平台都使用，尤其在一些老的系统中，兼容性不是很好，所以如果你在写一个可移植的程序的话，不推荐使用这个方法。

第二种方法，即通过两次fork来避免僵尸进程，我们来看一个例子avoid\_zombie2.c：

#include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> int main( int argc, const char *argv[]) 
    {       pid_t pid;        while (1) {    
            if ((pid = fork()) == 0) {   /* child */   
                if ((pid = fork()) > 0)   
                    _exit(0);   
                sleep(1);   
                printf("grandchild, parent id = %ld\n",   
                                (long)getppid());              _exit(0);   
            }          if (waitpid(-1, NULL, 0) != pid) {    
                perror("waitpid error");   
                _exit(EXIT_FAILURE);          }      }        exit(EXIT_SUCCESS);  }

这的确是个有效的办法，但是我想这个方法不适宜网络并发服务器中，应为fork的效率是不高的。

最后来看第三种方法， 也是最通用的方法

先看我们的测试程序avoid\_zombie3.c

#include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> 
    #include <libgen.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> #include <sys/wait.h> #include <sys/types.h> void avoid_zombies_handler( int signo) 
    {       pid_t pid;      int exit_status;   
        int saved_errno = errno;   
          while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0) {    
            /* do nothing */   
        }        errno = saved_errno;  }    int main( int argc,  char *argv[])   
    {       pid_t pid;      int status;   
        struct sigaction child_act;    
          memset(&child_act, 0, sizeof(struct sigaction));   
        child_act.sa_handler = avoid_zombies_handler;      child_act.sa_flags = SA_RESTART | SA_NOCLDSTOP;       sigemptyset(&child_act.sa_mask);      if (sigaction(SIGCHLD, &child_act, NULL) == -1) {    
            perror("sigaction error");   
            _exit(EXIT_FAILURE);      }        while (1) {    
            if ((pid = fork()) == 0) {   /* child process */   
                _exit(0);   
            } else  if (pid > 0) {         /* parent process */   
            }      }            _exit(EXIT_SUCCESS);  }

首先需要知道三点：

1.  当某个信号的信号处理函数被调用时，该信号会被操作系统阻塞（默认sa\_flags不设置SA\_NODEFER标志）。

2.当某个信号的信号处理函数被调用时，该信号阻塞时，该信号又多次发生，那么操作系统并不将它们排队，而是只保留第一次的，后续的被抛弃。

还有一点我们必须清楚的是

1.  wait系列函数与信号SIGCHLD是没有任何关系的，即wait系列函数并不是信号SIGCHLD驱动的。

这个时候，肯定有人有疑问了，既然会丢弃信号，那怎么保证可以收回所有的僵尸进程呢？

关于这个问题，我们可以这样来理解，当子进程结束时，不管有没有产生SIGCHLD信号，或者子进程产生了SIGCHLD信号，而不管父进程有没有收到SIGCHLD信号，这都与子进程已经终止这个事实无关，就是说，子进程终止与信号其实没有任何关系，只是操作系统在子进程终止时会发送信号SIGCHLD给父进程，告之其子进程终止的消息，这样的话，父进程就可以做相应的操作了。而wait系列函数的目的就是收回子进程终止时残留在进程列表中的信息，所以任何时候调用while ((pid = waitpid(-1, &exit\_status, WNOHANG)) > 0)都可以收回所有的僵尸进程信息（可以参考下面的程序）。但是这里为什么放在信号处理函数中处理了，这样做的原因是：子进程什么时候结束是个异步事件，而信号机制就是用来处理异步事件的，所以当子进程结束时，可以迅速的收回其残余信息，这样系统中就不会积累大量的僵尸进程了。

也可以这样来理解：系统把所有的僵尸进程串在一起形成一个僵尸进程链表，而while ((pid = waitpid(-1, &exit\_status, WNOHANG)) > 0)就是来清空这个链表的，直到waitpid()返回0，表明已经没有僵尸进程了，或者返回-1，表明出错（当错误码errno为ECHILD的时候同样表明已经不存在僵尸进程了）。

了解了以上知识点，就能理解为什么while ((pid = waitpid(-1, &exit\_status, WNOHANG)) > 0)能够回收所有的僵尸进程了。

我们可以在上面的信号处理函数中加入相应的打印信息：

static  int num1 = 0   
    static  int num2 = 0;   
    void avoid_zombies_handler( int signo)   
    {       pid_t pid;   
        int exit_status;   
        int saved_errno = errno;   
          printf("num1 = %d\n", ++num1);   
        while ((pid = waitpid(-1, &exit_status, WNOHANG)) > 0) {    
            printf("num2 = %d\n", ++num2);   
        }        errno = saved_errno;  }

打印的结果你会发现，当num1递增1的时候，即每调用一次信号处理函数，num2一般会递增很多，即while循环了很多次，所以尽管有的SIGCHLD信号被丢弃了，但是我们不用担心子进程的残余信息会收不回来。退出while循环时，证明此时系统中已经没有僵尸进程了，所以退出信号处理函数后，阻塞的唯一SIGCHLD信号会再次触发该信号处理函数，这样我们就不用担心了。我们不防做个最坏的打算，即之前的信号全部被丢弃了，只有最后一次的SIGCHLD信号被捕获，从而触发了信号处理函数，这样我们也不用担心，因为while循环会一次性收回全部的僵尸进程信息，只是这次循环的次数要多得多罢了，当然这只是假设，一般系统不会出现这样的情况（可以参考本文最后一个程序事例）。

为了证明wait系统函数与信号SIGCHLD没有任何关系，我们可以做个简单的实验,代码如下：

#include <stdio.h> 
    #include <stdlib.h> 
    #include <unistd.h> 
    #include <sys/wait.h> 
    #include <sys/types.h> 
      int main( int argc,  char *argv[])  {        int i;      pid_t pid;         for (i = 0; i < 5; i++) {    
            if ((pid = fork()) == 0)    /* child */   
                _exit(0);   
        }   
        sleep(10);   
        while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) {    
            /* do nothing */ 
                 }   
           sleep(10);   
         _exit(EXIT_SUCCESS);
        }

以下是打印结果：  
![在这里插入图片描述][20201030142325371.png_pic_center]

可以看到第一次sleep时系统中积累了5个僵尸进程，第二次sleep时，那5个僵尸进程都被收回了。这个也明显的看到了使用信号处理函数的优势，即可以保证系统不会积累大量的僵尸进程，它可以迅速的清理掉系统中的僵尸进程。

[20201030142309701.png_pic_center]: /images/20221120/36586a2cc34a4ed18a08d786ce47edbb.png
[linux]: /images/20221120/af16e6463ef24f2291fbb19617531251.png
[20201030142325371.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/20201030142325371.png#pic_center