在测试基于 DirectFB+Gstreamer 的视频联播系统的一个 Demo 的时候,其中大量使用 system 调用的语句,例如在 menu 代码中的 system("./play") ,而且多次执行,这种情况下,在 ps -ef 列表中出现了大量的 defunct 进程,对程序的运行时有害的。按说system的源码中应该已经包含了wait,但也不能排除开发板上这个版本的system中可能没有wait,总之,开发板上在调用system后添加wait之后,defunct进程不复存在了。

下面谈谈 defunct 进程,中文翻译叫僵尸进程。下文整理于网络以及APUE一书。

一、什么是僵尸进程

在UNIX 系统中,一个进程结束了,但是他的父进程没有等待(调用wait / waitpid)他,那么他将变成一个僵尸进程。当用ps命令观察进程的执行状态时,看到这些进程的状态栏为defunct。僵尸进程是一个早已死亡的进程,但在进程表(processs table)中仍占了一个位置(slot)。

但是如果该进程的父进程已经先结束了,那么该进程就不会变成僵尸进程。因为每个进程结束的时候,系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程,看看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程,如果是的话,就由Init进程来接管他,成为他的父进程,从而保证每个进程都会有一个父进程。而Init进程会自动wait其子进程,因此被Init接管的所有进程都不会变成僵尸进程。

二、UNIX下进程的运作方式

每个Unix进程在进程表里都有一个进入点(entry),核心进程执行该进程时使用到的一切信息都存储在进入点。当用 ps 命令察看系统中的进程信息时,看到的就是进程表中的相关数据。当以fork()系统调用建立一个新的进程后,核心进程就会在进程表中给这个新进程分配一个进入点,然后将相关信息存储在该进入点所对应的进程表内。这些信息中有一项是其父进程的识别码。

子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束。那么会不会因为父进程太忙来不及 wait 子进程,或者说不知道子进程什么时候结束,而丢失子进程结束时的状态信息呢?

不会。因为UNIX提供了一种机制可以保证,只要父进程想知道子进程结束时的状态信息,就可以得到。这种机制就是:当子进程走完了自己的生命周期后,它会执行exit()系统调用,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号the process ID,退出码exit code,退出状态the terminationstatus of the process,运行时间the amount of CPU time taken by the process等),这些数据会一直保留到系统将它传递给它的父进程为止,直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放。

也就是说,当一个进程死亡时,它并不是完全的消失了。进程终止,它不再运行,但是还有一些残留的数据等待父进程收回。当父进程 fork() 一个子进程后,它必须用 wait() (或者 waitpid())等待子进程退出。正是这个 wait() 动作来让子进程的残留数据消失。

三、僵尸进程的危害

如果父进程不调用wait / waitpid的话,那么保留的那段信息就不会释放,其进程号就会一直被占用,但是系统的进程表容量是有限的,所能使用的进程号也是有限的,如果大量的产生僵尸进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程。

所以,defunct进程不仅占用系统的内存资源,影响系统的性能,而且如果其数目太多,还会导致系统瘫痪。而且,由于调度程序无法选中Defunct 进程,所以不能用kill命令删除Defunct 进程,惟一的方法只有重启系统。

四、僵尸进程的产生

如果子进程死亡时父进程没有 wait(),通常用 ps 可以看到它被显示为“<defunct>”,这样就产生了僵尸进程。它将永远保持这样直到父进程 wait()。

由此可见,defunct进程的出现时间是在子进程终止后,但是父进程尚未读取这些数据之前。利用这一点我们可以用下面的程序建立一个defunct 进程:
#include <stdio.h>  

#include<sys/types.h>  

main()
{ if(!fork())
{ printf(“child pid=%d\n”, getpid()); exit(); } sleep(); printf(“parent pid=%d \n”, getpid()); exit(); }

当上述程序以后台的方式执行时,第17行强迫程序睡眠20秒,让用户有时间输入ps -e指令,观察进程的状态,我们看到进程表中出现了defunct进程。当父进程执行终止后,再用ps -e命令观察时,我们会发现defunct进程也随之消失。这是因为父进程终止后,init 进程会接管父进程留下的这些“孤儿进程”(orphan process),而这些“孤儿进程”执行完后,它在进程表中的进入点将被删除。如果一个程序设计上有缺陷,就可能导致某个进程的父进程一直处于睡眠状态或是陷入死循环,父进程没有wait子进程,也没有终止以使Init接管,该子进程执行结束后就变成了defunct进程,这个defunct 进程可能会一直留在系统中直到系统重新启动。

在看一个产生僵尸进程的例子。

子进程要执行的程序test_prog

//test.c
#include <stdio.h>
int main()
{
int i = ;
for (i = ; i < ; i++)
{
printf ("child time %d\n", i+);
sleep ();
}
return ;
}

父进程father的代码father.c

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
int pid = fork ();
if (pid == )
{
system ("./test_prog");
_exit ();
}else
{
int i = ;
/*
int status = 0;
while (!waitpid(pid, &status, WNOHANG))
{
printf ("father waiting%d\n", ++i);
sleep (1);
}*/
while ()
{
printf ("father waiting over%d\n", ++i);
sleep ();
}
return ;
} }

执行./father,当子进程退出后,由于父进程没有对它的退出进行关注,会出现僵尸进程:

 pts/    :: father
pts/ :: father <defunct>

总结:子进程成为 defunct 直到父进程 wait(),除非父进程忽略了 SIGCLD 。更进一步,父进程没有 wait() 就消亡(仍假设父进程没有忽略 SIGCLD )的子进程(活动的或者 defunct)成为 init 的子进程,init 着手处理它们。

五、如何避免僵尸进程

1、父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束,这会导致父进程挂起。

在上个例子中,如果我们略作修改,在第8行sleep()系统调用前执行wait()或waitpid()系统调用,则子进程在终止后会立即把它在进程表中的数据返回给父进程,此时系统会立即删除该进入点。在这种情形下就不会产生defunct进程。

2. 如果父进程很忙,那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler。在子进程结束后,父进程会收到该信号,可以在handler中调用wait回收。

3. 如果父进程不关心子进程什么时候结束,那么可以用signal(SIGCLD, SIG_IGN)或signal(SIGCHLD, SIG_IGN)通知内核,自己对子进程的结束不感兴趣,那么子进程结束后,内核会回收,并不再给父进程发送信号

4. fork两次,父进程fork一个子进程,然后继续工作,子进程fork一个孙进程后退出,那么孙进程被init接管,孙进程结束后,init会回收。不过子进程的回收还要自己做。 下面就是Stevens给的采用两次folk避免僵尸进程的示例:

#include "apue.h"
#include <sys/wait.h> int
main(void)
...{
pid_t pid; if ((pid = fork()) < ) ...{
err_sys("fork error");
} else if (pid == ) ...{ /**//* first child */
if ((pid = fork()) < )
err_sys("fork error");
else if (pid > )
exit(); /**//* parent from second fork == first child */
/**//*
* We're the second child; our parent becomes init as soon
* as our real parent calls exit() in the statement above.
* Here's where we'd continue executing, knowing that when
* we're done, init will reap our status.
*/
sleep();
printf("second child, parent pid = %d ", getppid());
exit();
} if (waitpid(pid, NULL, ) != pid) /**//* wait for first child */
err_sys("waitpid error"); /**//*
* We're the parent (the original process); we continue executing,
* knowing that we're not the parent of the second child.
*/
exit();
}

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