僵尸進程是什么？怎么回收?孤兒進程？

僵尸進程是什么？

僵尸進程的定義：對于多進程程序，當子進程結束運行但父進程還未讀取其退出狀態時，子進程就處于僵尸態。此時，內核不會立即釋放該子進程的進程表表項，以滿足父進程后續查詢子進程退出信息的需求
產生原因：子進程運行結束后，父進程若沒有及時獲取其退出狀態，子進程就會一直處于僵尸態；當父進程提前結束或異常終止，而子進程繼續運行時，子進程的 PPID（父進程 ID）會被操作系統設置為 1，即由 init 進程接管。在父進程退出后到子進程退出前這段時間，子進程也處于僵尸態。
僵尸進程的危害：僵尸進程會一直占據內核資源，而內核資源是有限的。如果大量產生僵尸進程，可能會導致系統資源耗盡，影響系統性能。

處理僵尸進程的函數

????????**pid_t wait(int *stat_loc)**

????????wait?函數會阻塞調用它的進程（通常是父進程），直到該進程的任意一個子進程結束運行。這意味著調用?wait?后，父進程會暫停執行，等待子進程完成任務。
????????當有子進程結束時，wait?函數返回結束運行的子進程的進程 ID（PID），同時將該子進程的退出狀態信息存儲在?stat_loc?參數指向的內存位置。退出狀態信息包含了子進程是如何結束的，例如是正常退出還是因信號終止等。
????????通過?sys/wait.h?頭文件中定義的宏來解析?stat_loc?中的退出狀態信息：

WIFEXITED(stat_val)：用于判斷子進程是否正常結束。如果子進程正常結束，該宏返回一個非零值（即真）。
WEXITSTATUS(stat_val)：當?WIFEXITED?返回非零值時，使用此宏可以獲取子進程的退出碼。子進程通過?exit?函數或從?main?函數返回時設置的退出碼，可以通過這個宏獲取。
WIFSIGNALED(stat_val)：如果子進程是因為一個未捕獲的信號而終止，此宏返回一個非零值。
WTERMSIG(stat_val)：當?WIFSIGNALED?返回非零值時，該宏返回導致子進程終止的信號值。例如，如果子進程因接收到?SIGTERM?信號而終止，WTERMSIG?將返回?SIGTERM?的值。
WIFSTOPPED(stat_val)：若子進程被暫停（例如收到?SIGSTOP?信號），此宏返回一個非零值。
WSTOPSIG(stat_val)：當?WIFSTOPPED?返回非零值時，該宏返回導致子進程暫停的信號值。

? ? ? ? 示例代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;int status;pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進程printf("Child process: My PID is %d\n", (int)getpid());exit(10); // 子進程正常退出，退出碼為10} else {// 父進程pid_t terminated_pid = wait(&status);if (terminated_pid == -1) {perror("wait");return 1;}if (WIFEXITED(status)) {printf("Child %d exited normally with exit code %d\n", (int)terminated_pid, WEXITSTATUS(status));} else if (WIFSIGNALED(status)) {printf("Child %d terminated by signal %d\n", (int)terminated_pid, WTERMSIG(status));}}return 0;
}

? ? ? ? 輸出如下：

????????**pid_t waitpid(pid_t pid, int *stat_loc, int options)**

? ?waitpid?函數提供了比?wait?函數更靈活的等待方式。它可以等待由?pid?參數指定的特定子進程。

pid > 0：等待進程 ID 為?pid?的子進程。
pid = -1：等待任意一個子進程，此時?waitpid?的行為和?wait?函數相同。
pid = 0：等待與調用進程同組的任意子進程。
pid < -1：等待進程組 ID 等于?pid?絕對值的任意子進程。

????????與?wait?函數類似，waitpid?函數返回結束運行的子進程的 PID，并將子進程的退出狀態信息存儲在?stat_loc?參數指向的內存位置，同樣可以使用?sys/wait.h?中的宏來解析退出狀態。
????????options?參數可以控制?waitpid?函數的行為。最常用的取值是?WNOHANG，當?options?取值為?WNOHANG?時，waitpid?調用將是非阻塞的。如果?pid?指定的目標子進程還沒有結束或意外終止，則?waitpid?立即返回 0；如果目標子進程確實正常退出了，則?waitpid?返回該子進程的 PID。若?waitpid?調用失敗，返回 -1 并設置?errno

? ?示例代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>int main() {pid_t pid;int status;pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進程printf("Child process: My PID is %d\n", (int)getpid());sleep(2); // 模擬子進程執行一些任務exit(10); // 子進程正常退出，退出碼為10} else {// 父進程while (1) {pid_t terminated_pid = waitpid(pid, &status, WNOHANG);if (terminated_pid == -1) {perror("waitpid");return 1;} else if (terminated_pid == 0) {// 子進程還未結束printf("Child is still running...\n");sleep(1);//模擬父進程處理自己的任務} else {if (WIFEXITED(status)) {printf("Child %d exited normally with exit code %d\n", (int)terminated_pid, WEXITSTATUS(status));} else if (WIFSIGNALED(status)) {printf("Child %d terminated by signal %d\n", (int)terminated_pid, WTERMSIG(status));}break;}}}return 0;
}

? ? ? ? 輸出如下：
?

? ? ? ? 講解一下示例代碼：采用的是輪詢的方式檢測子進程是否已經退出，如果未退出waitpid()會返回0，進行下次輪檢測；如果子進程退出了，會打印子進程的退出碼。這樣做的好處是，父進程不必阻塞等待子進程退出，它可以邊等待邊處理自己的任務。

處理僵尸進程更好的方式：利用SIGCHLD信號

? ? ? ? 不斷的輪詢子進程的狀態，絕非明智之舉。要在事件（當然了這里的事件就是子進程退出）已經發生的情況下，執行非阻塞調用才能提高程序的效率。
????????當一個進程結束時，它會給其父進程發送一個SIGCHLD信號。因此，父進程可以捕獲這個信號，并在信號處理函數中調用waitpid函數來處理結束的子進程，從而避免僵尸進程的產生。也就是說：SIGCHLD信號觸發，相當于通知父進程，你的子進程已經退出了。

? ?示例代碼如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>// SIGCHLD信號處理函數
static void handle_child(int sig) {pid_t pid;int stat;// 使用waitpid循環處理已結束的子進程while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0) {if (WIFEXITED(stat)) {printf("Child %d exited normally with exit code %d\n", (int)pid, WEXITSTATUS(stat));} else if (WIFSIGNALED(stat)) {printf("Child %d terminated by signal %d\n", (int)pid, WTERMSIG(stat));}}
}int main() {pid_t pid;// 注冊SIGCHLD信號處理函數struct sigaction sa;sa.sa_handler = handle_child;sigemptyset(&sa.sa_mask);sa.sa_flags = SA_RESTART;if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {perror("sigaction");exit(1);}// 創建子進程pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");exit(1);} else if (pid == 0) {// 子進程printf("Child process: My PID is %d\n", (int)getpid());sleep(2); // 模擬子進程執行一些任務exit(10); // 子進程正常退出，退出碼為10} else {// 父進程printf("Parent process: My PID is %d, Child PID is %d\n", (int)getpid(), (int)pid);// 父進程可以繼續執行其他任務while (1) {printf("Parent is doing other things...\n");sleep(1);}}return 0;
}

? ? ? ? 輸出結果如下：

????????對于初學者來說看這段代碼有些吃力，建議大家在具備了進程信號的知識的前提下再進行閱讀。

什么是孤兒進程？

????????孤兒進程指的是父進程在子進程之前終止，導致子進程失去了父進程的管理和控制。此時，這些子進程會被 init 進程（進程 ID 為 1）收養。init 進程是 Linux 系統啟動后創建的第一個用戶態進程，它負責管理系統中所有孤兒進程的生命周期。
????????如果父進程執行完畢或因異常情況提前終止，而它創建的子進程還在運行，這些子進程就會成為孤兒進程。
? ? ? ? 寫段代碼舉個例子：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int main() {pid_t pid = fork();if (pid == -1) {perror("fork");return 1;} else if (pid == 0) {// 子進程printf("Child process: My PID is %d, My PPID is %d\n", (int)getpid(), (int)getppid());sleep(5); // 模擬子進程執行任務printf("Child process: After sleeping, My PPID is %d\n", (int)getppid());} else {// 父進程printf("Parent process: My PID is %d, Child PID is %d\n", (int)getpid(), (int)pid);// 父進程提前結束return 0;}return 0;
}

? ? ? ? 輸出結果如下：