Linux 僵尸进程产生原因及解决方法

Linux 允许进程查询内核以获得其父进程的 PID，或者其任何子进程的执行状态。例如，进程可以创建一个子进程来执行特定的任务，然后调用诸如 wait() 这样的一些库函数检查子进程是否终止。如果子进程已经终止，那么，它的终止代号将告诉父进程这个任务是否已成功地完成。

为了遵循这些设计原则，不允许 Linux 内核在进程一终止后就丢弃包含在进程描述符字段中的数据。只有父进程发出了与被终止的进程相关的 wait() 类系统调用之后，才允许这样做。这就是引入僵死状态的原因：尽管从技术上来说进程已死，但必须保存它的描述符，直到父进程得到通知。

如果一个进程已经终止，但是它的父进程尚未调用 wait() 或 waitpid() 对它进行清理，这时的进程状态称为僵死状态，处于僵死状态的进程称为僵尸进程(zombie process)。任何进程在刚终止时都是僵尸进程，正常情况下，僵尸进程都立刻被父进程清理了。

僵尸进程是如何产生的

 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。通过ps命令查看其带有defunct的标志。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。

为了观察到僵尸进程，我们自己写一个不正常的程序，父进程 fork 出子进程，子进程终止，而父进程既不终止也不调用 wait 清理子进程：

#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
  int i = 100;
  pid_t pid=fork();
  if(pid < 0)
  {
    perror("fork failed.");
    exit(1);
  }
  if(pid > 0)
  {
    printf("This is the parent process. My PID is %d.\n", getpid());
    for(; i > 0; i--)
    {
      sleep(1);
    }
  }
  else if(pid == 0)
  {
    printf("This is the child process. My PID is: %d. My PPID is: %d.\n", getpid(), getppid());
  }
  return 0;
}

把上面的代码保存到文件 zomprocdemo.c 文件中，并执行下面的命令编译：

$ gcc zomprocdemo.c -o zomprocdemo

然后运行编译出来的 zomprocdemo 程序：

$ ./zomprocdemo

此时子进程已经退出，但是父进程没有退出也没有通过 wait() 调用处理子进程。我们使用 ps 命令查看进程的状态：

上图红框中的大写字母 "Z" 说明 PID 为 112712 的进程此时处于僵死的状态。

让我们接着往下看！在结束 sleep 后父进程退出。当父进程退出后，子进程会变成孤儿进程，此时它会被一个管理进程收养。在不同的系统中，这个管理进程不太一样，早期一般是 init 进程，Ubuntu 上是 upstart，还有近来的 Systemd。但是它们都完成相同的任务，就是 wiat() 这些孤儿进程，并最终释放它们占用的系统进程表中的资源。这样，这些已经僵死的孤儿进程就彻底的被清除了。

僵尸进程的危害

在进程退出的时候，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 PID，退出状态 the termination status of the process，运行时间 the amount of CPU time taken by the process 等)。直到父进程通过 wait / waitpid 来取时才释放。

如果进程不调用 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，但是系统所能使用的进程号是有限的，如果大量的产生僵死进程，将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程。

如何处理僵尸进程

僵尸进程的产生是因为父进程没有 wait() 子进程。所以如果我们自己写程序的话一定要在父进程中通过 wait() 来避免僵尸进程的产生。

当系统中出现了僵尸进程时，我们是无法通过 kill 命令把它清除掉的。但是我们可以杀死它的父进程，让它变成孤儿进程，并进一步被系统中管理孤儿进程的进程收养并清理。

下面的 demo 中，父进程通过 wait() 等待子进程结束：

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(void)
{
  pid_t pid;
  pid = fork();
  if (pid < 0)
  {
    perror("fork failed");
    exit(1);
  }
  if (pid == 0) {
    int i;
     for (i = 3; i > 0; i--)
     {
      printf("This is the child\n");
      sleep(1);
     }
     // exit with code 3 for test.
    exit(3);
  }
  else
  {
    int stat_val;
    wait(&stat_val);
     if (WIFEXITED(stat_val))
     {
       printf("Child exited with code %d\n", WEXITSTATUS(stat_val));
     }      
  }
  return 0;
}

demo 中父进程不仅等待子进程结束，还通过 WEXITSTATUS 宏取到了子进程的 exit code。