进程学习小记: 僵尸进程和孤儿进程

进程的状态

在操作系统中，我们学习过进程的几种状态，分别为就绪态、运行态和阻塞态。然而在实际的系统中，往往还会有两种状态，即新建态和终止态。 因此，一共有新建态、就绪态、运行态、阻塞态和终止态 5 种进程状态。

Linux 下使用 ps 能够查询的状态

在 linux 和 unix 中，可以使用 ps -l 命令来查看进程状态，在实际的操作系统中，进程的状态要比预期的复杂的多。

D  不可中断睡眠 (通常是在IO操作) 收到信号不唤醒和不可运行, 进程必须等待直到有中断发生  
R  正在运行或可运行（在运行队列排队中）
S  可中断睡眠 (休眠中, 受阻, 在等待某个条件的形成或接受到信号)
T  已停止的 进程收到SIGSTOP, SIGSTP, SIGTIN, SIGTOU信号后停止运行
X  死进程 (未开启)
Z  僵尸进程  进程已终止, 但进程描述符存在, 直到父进程调用
<  高优先级
N  低优先级
L  有些页被锁进内存
s  有子进程
l  多线程，克隆线程
+  前台进程

fork 产生子进程

在多线程中，我们需要生成新的进程，会通过使用 fork 来产生子进程。在子进程产生后，如果父进程处理方式不正确或者提前退出，则可能会出现僵尸进程和孤儿进程。

在进程运行过程中，会将进程的一些信息（进程号，执行时间，退出码，打开的文件等）存入进程表，进程结束时会传递给父进程，父进程调用 wait 或者 waitpid 来释放符号表中的信息。

孤儿进程

在父进程创建了子进程后，子进程会在结束时将进程表中的信息传递给父进程，然后将进程表中的信息移除。当子进程还没有结束，父进程提前退出时，子进程这时就被称为”孤儿进程”。孤儿进程会被进程号为1的init进程收养，代替其父进程完成善后工作。因此，孤儿进程不会对系统造成危害。

僵尸进程

僵尸进程产生的原因

在父进程创建子进程后，子进程已经结束，但是仍然占用符号表的状态，被称作”僵尸进程”。 这一过程任何进程都会遇到（除了 init 进程），但是如果父进程立即进行处理，这一时间会很短暂的。如果父进程迟迟不做处理，这时候就可以看到很多状态为 Z 的僵尸进程。

僵尸进程无疑是有危害的，因为僵尸进程长时间占用进程号，如果系统长时间运行，可能会导致进程号耗尽的情况。

如何消除僵尸进程

僵尸进程本身已经结束了，所以调用 kill 命令去结束僵尸进程是没有用的。其实僵尸进程的根源是父进程，因为父进程不去收养这些进程而形成了长时间存在的僵尸进程。

因此，杀死父进程可以结束僵尸进程。父进程被杀死后，init 进程会收养这些进程并移除其进程表中的信息。

使用两次 fork 避免僵尸进程

当我们 fork() 一次后，存在父进程和子进程。这时有两种方法来避免产生僵尸进程：

• 父进程调用 waitpid() 等函数来接收子进程退出状态。
• 父进程先结束，子进程则自动托管到 init 进程（pid = 1)

第一种方法，有两种情况:

• 父进程在创建子进程后等待子进程结束，然后执行自身业务 => 如果子进程时间比较长，父进程的业务无法完成；
• 父进程在执行自己业务后等待子进程结束 => 子进程会长时间处于僵尸进程状态。

第二种方法父进程如果有自身业务将无法进行，不可取。

因此，我们可以通过两次 fork 来避免僵尸进程。

• 第一次 fork: 父进程产生子进程 ，等待子进程结束；
• 第二次 fork: 子进程产生孙子进程；
• 子进程立即退出，孙子进程变成孤儿进程；
• 父进程收到子进程结束信号，继续执行后续逻辑；

这样，孙子进程由 init 进程负责收尸，子进程在创建孙子进程后立即由父进程收尸，便不会产生僵尸进程的问题了。