给进程设置僵尸状态的目的是维护子进程的信息&＃xff0c;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&＃xff0c;内存使用量等等)。如果一个进程终止&＃xff0c;而该进程有子进程处于僵尸状态&＃xff0c;那么它的所有僵尸子进程的父进程ID将被重置为1&＃xff08;init进程&＃xff09;。继承这些子进程的init进程将清理它们(init进程将wait它们&＃xff0c;从而去除僵尸状态)。
但通常情况下&＃xff0c;我们是不愿意留存僵尸进程的&＃xff0c;它们占用内核中的空间&＃xff0c;最终可能导致我们耗尽进程资源。那么为什么会产生僵尸进程以及如何避免产生僵尸进程呢&＃xff1f;下边我将从这两个方面进行分析。
僵尸进程的原因
我们知道&＃xff0c;要在当前进程中生成一个子进程&＃xff0c;一般需要调用fork这个系统调用&＃xff0c;fork这个函数的特别之处在于一次调用&＃xff0c;两次返回&＃xff0c;一次返回到父进程中&＃xff0c;一次返回到子进程中&＃xff0c;我们可以通过返回值来判断其返回点&＃xff1a;
pid_t child &＃61; fork();
if( child <0 ) { //fork error.perror("fork process fail.\n");
} else if( child &＃61;&＃61;0 ) { // in child processprintf(" fork succ, this run in child process\n ");
} else { // in parent processprintf(" this run in parent process\n ");
}
如果子进程先于父进程退出&＃xff0c; 同时父进程又没有调用wait/waitpid&＃xff0c;则该子进程将成为僵尸进程。通过ps命令&＃xff0c;我们可以看到该进程的状态为Z(表示僵死)&＃xff0c;如图1所示&＃xff1a;
(图1)
备注: 有些unix系统在ps命令输出的COMMAND栏以指明僵尸进程。
代码如下&＃xff1a;
if( child &＃61;&＃61; -1 ) { //errorperror("\nfork child error.");exit(0);
} else if(child &＃61;&＃61; 0){cout <<"\nIm in child process:" < endl;exit(0);
} else {cout <<"\nIm in parent process." << endl;sleep(600);
}
让父进程休眠600s, 然后子进程先退出&＃xff0c;我们就可以看到先退出的子进程成为僵尸进程了&＃xff08;进程状态为Z&＃xff09;
避免产生僵尸进程
我们知道了僵尸进程产生的原因&＃xff0c;下边我们看看如何避免产生僵尸进程。
一般&＃xff0c;为了防止产生僵尸进程&＃xff0c;在fork子进程之后我们都要wait它们&＃xff1b;同时&＃xff0c;当子进程退出的时候&＃xff0c;内核都会给父进程一个SIGCHLD信号&＃xff0c;所以我们可以建立一个捕获SIGCHLD信号的信号处理函数&＃xff0c;在函数体中调用wait&＃xff08;或waitpid&＃xff09;&＃xff0c;就可以清理退出的子进程以达到防止僵尸进程的目的。如下代码所示&＃xff1a;
void sig_chld( int signo ) {pid_t pid;int stat;pid &＃61; wait(&stat); printf( "child %d exit\n", pid );return;
}int main() {signal(SIGCHLD, &sig_chld);
}
现在main函数中给SIGCHLD信号注册一个信号处理函数&＃xff08;sig_chld&＃xff09;&＃xff0c;然后在子进程退出的时候&＃xff0c;内核递交一个SIGCHLD的时候就会被主进程捕获而进入信号处理函数sig_chld&＃xff0c;然后再在sig_chld中调用wait&＃xff0c;就可以清理退出的子进程。这样退出的子进程就不会成为僵尸进程。
然后&＃xff0c;即便我们捕获SIGCHLD信号并且调用wait来清理退出的进程&＃xff0c;仍然不能彻底避免产生僵尸进程&＃xff1b;我们来看一种特殊的情况&＃xff1a;
我们假设有一个client/server的程序&＃xff0c;对于每一个连接过来的client&＃xff0c;server都启动一个新的进程去处理来自这个client的请求。然后我们有一个client进程&＃xff0c;在这个进程内&＃xff0c;发起了多个到server的请求&＃xff08;假设5个&＃xff09;&＃xff0c;则server会fork 5个子进程来读取client输入并处理&＃xff08;同时&＃xff0c;当客户端关闭套接字的时候&＃xff0c;每个子进程都退出&＃xff09;&＃xff1b;当我们终止这个client进程的时候 &＃xff0c;内核将自动关闭所有由这个client进程打开的套接字&＃xff0c;那么由这个client进程发起的5个连接基本在同一时刻终止。这就引发了5个FIN&＃xff0c;每个连接一个。server端接受到这5个FIN的时候&＃xff0c;5个子进程基本在同一时刻终止。这就又导致差不多在同一时刻递交5个SIGCHLD信号给父进程&＃xff0c;如图2所示&＃xff1a;
&＃xff08;图2&＃xff09;
正是这种同一信号多个实例的递交造成了我们即将查看的问题。
我们首先运行服务器程序&＃xff0c;然后运行客户端程序&＃xff0c;运用ps命令看以看到服务器fork了5个子进程&＃xff0c;如图3&＃xff1a;
&＃xff08;图3&＃xff09;
然后我们Ctrl&＃43;C终止客户端进程&＃xff0c;在我机器上边测试&＃xff0c;可以看到信号处理函数运行了3次&＃xff0c;还剩下2个僵尸进程&＃xff0c;如图4&＃xff1a;
&＃xff08;图4&＃xff09;
通过上边这个实验我们可以看出&＃xff0c;建立信号处理函数并在其中调用wait并不足以防止出现僵尸进程&＃xff0c;其原因在于&＃xff1a;所有5个信号都在信号处理函数执行之前产生&＃xff0c;而信号处理函数只执行一次&＃xff0c;因为Unix信号一般是不排队的(我的这篇博客中有提到http://www.cnblogs.com/yuxingfirst/p/3160697.html)。 更为严重的是&＃xff0c;本问题是不确定的&＃xff0c;依赖于客户FIN到达服务器主机的时机&＃xff0c;信号处理函数执行的次数并不确定。
正确的解决办法是调用waitpid而不是wait&＃xff0c;这个办法的方法为&＃xff1a;信号处理函数中&＃xff0c;在一个循环内调用waitpid&＃xff0c;以获取所有已终止子进程的状态。我们必须指定WNOHANG选项&＃xff0c;他告知waitpid在有尚未终止的子进程在运行时不要阻塞。&＃xff08;我们不能在循环内调用wait&＃xff0c;因为没有办法防止wait在尚有未终止的子进程在运行时阻塞&＃xff0c;wait将会阻塞到现有的子进程中第一个终止为止&＃xff09;&＃xff0c;下边的程序分别给出了这两种处理办法(func_wait, func_waitpid)。
//server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include in.h>
#include
#include
#include <string.h>
#include
#include typedef void sigfunc(int);void func_wait(int signo) {pid_t pid;int stat;pid &＃61; wait(&stat); printf( "child %d exit\n", pid );return;
}
void func_waitpid(int signo) {pid_t pid;int stat;while( (pid &＃61; waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0 ) {printf( "child %d exit\n", pid );}return;
}sigfunc* signal( int signo, sigfunc *func ) {struct sigaction act, oact;act.sa_handler &＃61; func;sigemptyset(&act.sa_mask);act.sa_flags &＃61; 0;if ( signo &＃61;&＃61; SIGALRM ) {
#ifdef SA_INTERRUPTact.sa_flags |&＃61; SA_INTERRUPT; /* SunOS 4.x */
#endif} else {
#ifdef SA_RESTARTact.sa_flags |&＃61; SA_RESTART; /* SVR4, 4.4BSD */
#endif}if ( sigaction(signo, &act, &oact) <0 ) {return SIG_ERR;}return oact.sa_handler;
} void str_echo( int cfd ) {ssize_t n;char buf[1024];
again:memset(buf, 0, sizeof(buf));while( (n &＃61; read(cfd, buf, 1024)) > 0 ) {write(cfd, buf, n); }if( n <0 && errno &＃61;&＃61; EINTR ) {goto again; } else {printf("str_echo: read error\n");}
}int main() {signal(SIGCHLD, &func_waitpid); int s, c;pid_t child;if( (s &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) <0 ) {int e &＃61; errno; perror("create socket fail.\n");exit(0);}struct sockaddr_in server_addr, child_addr; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family &＃61; AF_INET;server_addr.sin_port &＃61; htons(9998);server_addr.sin_addr.s_addr &＃61; htonl(INADDR_ANY);if( bind(s, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) <0 ) {int e &＃61; errno; perror("bind address fail.\n");exit(0);}if( listen(s, 1024) <0 ) {int e &＃61; errno; perror("listen fail.\n");exit(0);}while(1) {socklen_t chilen &＃61; sizeof(child_addr); if ( (c &＃61; accept(s, (struct sockaddr *)&child_addr, &chilen)) <0 ) {perror("listen fail.");exit(0);}if( (child &＃61; fork()) &＃61;&＃61; 0 ) {close(s); str_echo(c);exit(0);}close(c);}
}//client.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include in.h>
#include
#include
#include <string.h>
#include void str_cli(FILE *fp, int sfd ) {char sendline[1024], recvline[2014];memset(recvline, 0, sizeof(sendline));memset(sendline, 0, sizeof(recvline));while( fgets(sendline, 1024, fp) !&＃61; NULL ) {write(sfd, sendline, strlen(sendline)); if( read(sfd, recvline, 1024) &＃61;&＃61; 0 ) {printf("server term prematurely.\n"); }fputs(recvline, stdout);memset(recvline, 0, sizeof(sendline));memset(sendline, 0, sizeof(recvline));}
}int main() {int s[5]; for (int i&＃61;0; i<5; i&＃43;&＃43;) {if( (s[i] &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) <0 ) {int e &＃61; errno; perror("create socket fail.\n");exit(0);}}for (int i&＃61;0; i<5; i&＃43;&＃43;) {struct sockaddr_in server_addr, child_addr; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));server_addr.sin_family &＃61; AF_INET;server_addr.sin_port &＃61; htons(9998);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr);if( connect(s[i], (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) <0 ) {perror("connect fail."); exit(0);}}sleep(10);str_cli(stdin, s[0]);exit(0);
}
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