1、前言
之前在看《unix环境高级编程》第八章进程时候，提到孤儿进程和僵尸进程，一直对这两个概念比较模糊。今天被人问到什么是孤儿进程和僵尸进程，会带来什么问题，怎么解决，我只停留在概念上面，没有深入，倍感惭愧。晚上回来google了一下，再次参考APUE，认真总结一下，加深理解。
2、基本概念
我们知道在unix/linux中，正常情况下，子进程是通过父进程创建的，子进程在创建新的进程。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。 当一个 进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。
孤儿进程：一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。
僵尸进程：一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。
3、问题及危害
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: 在每个进程退出的时候,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the process ID,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。 但这样就导致了问题，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. 此即为僵尸进程的危害，应当避免。
孤儿进程是没有父进程的进程，孤儿进程这个重任就落到了init进程身上，init进程就好像是一个民政局，专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤 儿进程的父进程设置为init，而init进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候，init进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。因此孤儿进程并不会有什么危害。
任何一个子进程(init除外)在exit()之后，并非马上就消失掉，而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构，等待父进程处理。这是每个 子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit()之后，父进程没有来得及处理，这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理，可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态，但这并不等于子进程不经过僵尸状态。 如果父进程在子进程结束之前退出，则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理。
僵尸进程危害场景：
例如有个进程，它定期的产 生一个子进程，这个子进程需要做的事情很少，做完它该做的事情之后就退出了，因此这个子进程的生命周期很短，但是，父进程只管生成新的子进程，至于子进程 退出之后的事情，则一概不闻不问，这样，系统运行上一段时间之后，系统中就会存在很多的僵死进程，倘若用ps命令查看的话，就会看到很多状态为Z的进程。 严格地来说，僵死进程并不是问题的根源，罪魁祸首是产生出大量僵死进程的那个父进程。因此，当我们寻求如何消灭系统中大量的僵死进程时，答案就是把产生大 量僵死进程的那个元凶枪毙掉（也就是通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号啦）。枪毙了元凶进程之后，它产生的僵死进程就变成了孤儿进 程，这些孤儿进程会被init进程接管，init进程会wait()这些孤儿进程，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 就能瞑目而去了。
3、孤儿进程和僵尸进程测试
孤儿进程测试程序如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <errno.h>
4 #include <unistd.h>
5
6 int main()
7 {
8 pid_t pid;
9 //创建一个进程
10 pid = fork();
11 //创建失败
12 if (pid < 0)
13 {
14 perror("fork error:");
15 exit(1);
16 }
17 //子进程
18 if (pid == 0)
19 {
20 printf("I am the child process.\n");
21 //输出进程ID和父进程ID
22 printf("pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
23 printf("I will sleep five seconds.\n");
24 //睡眠5s，保证父进程先退出
25 sleep(5);
26 printf("pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
27 printf("child process is exited.\n");
28 }
29 //父进程
30 else
31 {
32 printf("I am father process.\n");
33 //父进程睡眠1s，保证子进程输出进程id
34 sleep(1);
35 printf("father process is exited.\n");
36 }
37 return 0;
38 }
测试结果如下：
僵尸进程测试程序如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <errno.h>
4 #include <stdlib.h>
5
6 int main()
7 {
8 pid_t pid;
9 pid = fork();
10 if (pid < 0)
11 {
12 perror("fork error:");
13 exit(1);
14 }
15 else if (pid == 0)
16 {
17 printf("I am child process.I am exiting.\n");
18 exit(0);
19 }
20 printf("I am father process.I will sleep two seconds\n");
21 //等待子进程先退出
22 sleep(2);
23 //输出进程信息
24 system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");
25 printf("father process is exiting.\n");
26 return 0;
27 }
测试结果如下所示：
僵尸进程测试2：父进程循环创建子进程，子进程退出，造成多个僵尸进程，程序如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <errno.h>
5
6 int main()
7 {
8 pid_t pid;
9 //循环创建子进程
10 while(1)
11 {
12 pid = fork();
13 if (pid < 0)
14 {
15 perror("fork error:");
16 exit(1);
17 }
18 else if (pid == 0)
19 {
20 printf("I am a child process.\nI am exiting.\n");
21 //子进程退出，成为僵尸进程
22 exit(0);
23 }
24 else
25 {
26 //父进程休眠20s继续创建子进程
27 sleep(20);
28 continue;
29 }
30 }
31 return 0;
32 }
程序测试结果如下所示：
4、僵尸进程解决办法
（1）通过信号机制
子进程退出时向父进程发送SIGCHILD信号，父进程处理SIGCHILD信号。在信号处理函数中调用wait进行处理僵尸进程。测试程序如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <unistd.h>
3 #include <errno.h>
4 #include <stdlib.h>
5 #include <signal.h>
6
7 static void sig_child(int signo);
8
9 int main()
10 {
11 pid_t pid;
12 //创建捕捉子进程退出信号
13 signal(SIGCHLD,sig_child);
14 pid = fork();
15 if (pid < 0)
16 {
17 perror("fork error:");
18 exit(1);
19 }
20 else if (pid == 0)
21 {
22 printf("I am child process,pid id %d.I am exiting.\n",getpid());
23 exit(0);
24 }
25 printf("I am father process.I will sleep two seconds\n");
26 //等待子进程先退出
27 sleep(2);
28 //输出进程信息
29 system("ps -o pid,ppid,state,tty,command");
30 printf("father process is exiting.\n");
31 return 0;
32 }
33
34 static void sig_child(int signo)
35 {
36 pid_t pid;
37 int stat;
38 //处理僵尸进程
39 while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >0)
40 printf("child %d terminated.\n", pid);
41 }
测试结果如下所示：
（2）fork两次
《Unix 环境高级编程》8.6节说的非常详细。原理是将子进程成为孤儿进程，从而其的父进程变为init进程，通过init进程可以处理僵尸进程。测试程序如下所示：
1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <unistd.h>
4 #include <errno.h>
5
6 int main()
7 {
8 pid_t pid;
9 //创建第一个子进程
10 pid = fork();
11 if (pid < 0)
12 {
13 perror("fork error:");
14 exit(1);
15 }
16 //第一个子进程
17 else if (pid == 0)
18 {
19 //子进程再创建子进程
20 printf("I am the first child process.pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
21 pid = fork();
22 if (pid < 0)
23 {
24 perror("fork error:");
25 exit(1);
26 }
27 //第一个子进程退出
28 else if (pid >0)
29 {
30 printf("first procee is exited.\n");
31 exit(0);
32 }
33 //第二个子进程
34 //睡眠3s保证第一个子进程退出，这样第二个子进程的父亲就是init进程里
35 sleep(3);
36 printf("I am the second child process.pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
37 exit(0);
38 }
39 //父进程处理第一个子进程退出
40 if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)
41 {
42 perror("waitepid error:");
43 exit(1);
44 }
45 exit(0);
46 return 0;
47 }
测试结果如下图所示：
5、参考资料
《unix环境高级编程》第八章
http://www.rosoo.net/a/201109/15071.html
http://blog.chinaunix.net/uid-1829236-id-3166986.html
僵死进程与孤儿进程
在Unix系统编程中，常常会碰到两个概念：僵死进程和孤儿进程。话说我以前曾经把这两个概念弄混淆过。
什 么是僵死进程？我们知道，在Unix进程模型中，进程是按照父进程产生子进程，子进程产生子子进程这样的方式创建出完成各项相互协作功能的进程的。当一个 进程完成它的工作终止之后，它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态。如果父进程没有这么做的话，会产生什么 后果呢？此时，子进程虽然已经退出了，但是在系统进程表中还为它保留了一些退出状态的信息，如果父进程一直不取得这些退出信息的话，这些进程表项就将一直 被占用，此时，这些占着茅坑不拉屎的子进程就成为“僵死进程”（zombie）。系统进程表是一项有限资源，如果系统进程表被僵死进程耗尽的话，系统就可 能无法创建新的进程。
那 么，孤儿进程又是怎么回事呢？孤儿进程是指这样一类进程：在进程还未退出之前，它的父进程就已经退出了，一个没有了父进程的子进程就是一个孤儿进程 （orphan）。既然所有进程都必须在退出之后被wait()或waitpid()以释放其遗留在系统中的一些资源，那么应该由谁来处理孤儿进程的善后 事宜呢？这个重任就落到了init进程身上，init进程就好像是一个民政局，专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤 儿进程的父进程设置为init，而init进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样，当一个孤儿进程“凄凉地”结束了其生命周期的时 候，init进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。
这 样来看，孤儿进程并不会有什么危害，真正会对系统构成威胁的是僵死进程。那么，什么情况下僵死进程会威胁系统的稳定呢？设想有这样一个父进程：它定期的产 生一个子进程，这个子进程需要做的事情很少，做完它该做的事情之后就退出了，因此这个子进程的生命周期很短，但是，父进程只管生成新的子进程，至于子进程 退出之后的事情，则一概不闻不问，这样，系统运行上一段时间之后，系统中就会存在很多的僵死进程，倘若用ps命令查看的话，就会看到很多状态为Z的进程。 严格地来说，僵死进程并不是问题的根源，罪魁祸首是产生出大量僵死进程的那个父进程。因此，当我们寻求如何消灭系统中大量的僵死进程时，答案就是把产生大 量僵死进程的那个元凶枪毙掉（也就是通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号啦）。枪毙了元凶进程之后，它产生的僵死进程就变成了孤儿进 程，这些孤儿进程会被init进程接管，init进程会wait()这些孤儿进程，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 就能瞑目而去了。
僵尸进程的处理
父进程死后，僵尸进程成为"孤儿进程"，过继给1号进程init，init始终会负责清理僵尸进程．它产生的所有僵尸进程也跟着消失。
孤儿进程和僵尸进程
一、定义：什么是孤儿进程和僵尸进程
僵尸进程：一个子进程在其父进程还没有调用wait()或waitpid()的情况下退出。这个子进程就是僵尸进程。
孤儿进程：一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。
僵尸进程将会导致资源浪费，而孤儿则不会。
子进程持续10秒钟的僵尸状态(EXIT_ZOMBIE)
------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid < 0)
printf("error occurred!/n");
else if(pid == 0) {
printf("Hi father! I‘m a ZOMBIE/n");
exit(0); //(1)
}
else {
sleep(10);
wait(NULL); //(2)
}
}
(1) 向父进程发送SIGCHILD信号
(2) 父进程处理SIGCHILD信号
执行exit()时根据其父进程的状态决定自己的状态:
如果父进程已经退出(没有wait)，则该子进程将会成为孤儿进程过继给init进程
如果其父进程还没有退出，也没有wait()，那么该进程将向父进程发送SIGCHILD信号，进入僵尸状态等待父进程为其收尸。如果父进程一直没有执行wait()，那么该子进程将会持续处于僵尸状态。
子进程将成为孤儿进程
------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(pid < 0)
printf("error occurred!/n");
else if(pid == 0) {
sleep(6);
printf("I‘m a orphan/n");
exit(0);
}
else {
sleep(1);
printf("Children Bye!/n");
}
}
# ./a.out
Children Bye!
# I‘m a orphan
(回车后将会进入#)
#
二、有什么害处：
僵尸进程会占用系统资源，如果很多，则会严重影响服务器的性能
孤儿进程不会占用系统资源
处理流程:
只要老爹不等wait(sys/wait.h)儿子,儿子都将成为孤魂野鬼zombie(zombie),unix中默认老爹总是想看儿子死后的状态(以便报仇)
if 老爹比儿子先再见
儿子将被init(id = 1)收养,最后的结果是zombie儿子彻底再见,系统资源释放
else
{
儿子的zombie将一直存在,系统资源占用...
if 老爹dead
儿子将被init(id = 1)收养,最后的结果是zombie儿子彻底再见,系统资源释放
else 类似的儿子zombie越来越多,系统就等死了!!!
}
三、如何防止僵尸进程
首先明白如何产生僵尸进程：
1、子进程结束后向父进程发出SIGCHLD信号，父进程默认忽略了它
2、父进程没有调用wait()或waitpid()函数来等待子进程的结束
第一种方法: 捕捉SIGCHLD信号,并在信号处理函数里面调用wait函数
转贴Richard Steven的Unix Network Programming代码
int
main(int argc, char **argv)
{
...
Signal(SIGCHLD, sig_chld);
for(;
}
...
}
void
sig_chld(int signo)
{
pid_t pid;
int stat;
while ( (pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) >; 0)
printf("child %d terminated/n", pid);
return;
}
第二种方法：两次fork()：转载
在《Unix 环境高级编程》里关于这个在8.6节有非常清楚的说明。
实例
回忆一下8 . 5节中有关僵死进程的讨论。如果一个进程要f o r k一个子进程，但不要求它等待
子进程终止，也不希望子进程处于僵死状态直到父进程终止，实现这一要求的诀窍是调用f o r k
两次。程序8 - 5实现了这一点。
在第二个子进程中调用s l e e p以保证在打印父进程I D时第一个子进程已终止。在f o r k之后，
父、子进程都可继续执行——我们无法预知哪一个会先执行。如果不使第二个子进程睡眠，则
在f o r k之后，它可能比其父进程先执行，于是它打印的父进程I D将是创建它的父进程，而不是
i n i t进程（进程ID 1）。
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include "ourhdr.h"
int
main(void)
{
pid_t pid;
if ( (pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid == 0) { /* first child */
if ( (pid = fork()) < 0)
err_sys("fork error");
else if (pid > 0)
exit(0); /* 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(2);
printf("second child, parent pid = %d/n", getppid());
exit(0);
}
if (waitpid(pid, NULL, 0) != 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(0);
}
//avoid zombie process by forking twice
区别之守护进程 孤儿进程 僵尸进程
僵尸进程是 一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。
孤儿进程是因为父进程异常结束了，然后被1号进程init收养。
守护进程是创建守护进程时有意把父进程结束，然后被1号进程init收养
区分： 一个正常运行的子进程，如果此刻子进程退出，父进程没有及时调用wait或waitpid收回子进程的系统资源，该进程就是僵尸进程，如果系统收回了，就是正常退出，如果一个正常运行的子进程，父进程退出了但是子进程还在，该进程此刻是孤儿进程，被init收养，如果父进程是故意被杀掉，子进程做相应处理后就是守护进程
