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僵尸进程

定义

僵尸进程（Zombie Process）是指在子进程终止后，父进程尚未对其进行回收（获取子进程的退出状态等信息）的进程。在Linux和其他类UNIX系统中，当一个子进程结束运行时，它会留下一个包含一些基本信息（如进程ID、退出状态、资源使用信息等）的进程描述符，这个进程描述符会一直存在，直到父进程调用wait或waitpid等系统调用来获取子进程的退出状态并释放这些资源，此时子进程才真正结束。如果父进程没有及时回收，子进程就会变成僵尸进程。

产生原因

父进程没有等待子进程结束：在一个进程创建了子进程后，如果父进程没有通过适当的系统调用（如wait或waitpid）来等待子进程退出并回收其资源，子进程结束后就会变成僵尸进程。例如，以下是一个简单的C代码示例，会产生僵尸进程：

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

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
        // 子进程退出
        exit(0);
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        // 父进程不等待子进程结束，直接继续执行其他任务
        while (1) {
            printf("父进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    } else {
        // fork失败
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}

在这个例子中，子进程结束后，父进程没有调用wait或waitpid来回收子进程的资源，所以子进程会变成僵尸进程。

危害

资源浪费：僵尸进程会占用系统的进程表项（PCB，进程控制块）空间。虽然僵尸进程本身不占用太多的其他系统资源（如内存、CPU等）（这些都会释放），但是大量的僵尸进程会导致进程表被填满，从而使系统无法创建新的进程。因为系统的进程表大小是有限的，当进程表满时，即使系统还有足够的内存和CPU资源，也无法创建新的进程。
可能导致系统异常：如果僵尸进程的父进程是一个长期运行的守护进程，并且不断地产生子进程而不回收，随着时间的推移，可能会使系统出现各种异常情况，如系统响应变慢、服务无法正常启动等。

如何避免和处理僵尸进程

父进程等待子进程结束：在父进程中使用wait或waitpid系统调用来等待子进程结束并回收其资源。wait函数会阻塞父进程，直到有一个子进程结束，然后获取子进程的退出状态并回收资源。waitpid函数更加灵活，它可以指定要等待的子进程，并且可以设置为非阻塞模式。例如，修改上面的代码来避免僵尸进程：

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

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
        // 子进程退出
        exit(0);
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        int status;
        // 父进程等待子进程结束并回收资源
        waitpid(pid, &status, 0);
        while (1) {
            printf("父进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    } else {
        // fork失败
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}

信号处理：可以通过信号处理机制来自动处理子进程的结束。当子进程结束时，会向父进程发送SIGCHLD信号。父进程可以注册一个信号处理函数来处理这个信号，在信号处理函数中调用wait或waitpid来回收子进程资源。例如：

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

void sigchld_handler(int signo) {
    pid_t pid;
    int status;
    // 循环回收所有结束的子进程
    while ((pid = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
        printf("回收子进程 %d 的资源\n", pid);
    }
}

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("子进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
        // 子进程退出
        exit(0);
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        // 注册SIGCHLD信号处理函数
        struct sigaction sa;
        sa.sa_handler = sigchld_handler;
        sigemptyset(&sa.sa_mask);
        sa.sa_flags = SA_RESTART;
        if (sigaction(SIGCHLD, &sa, NULL) == -1) {
            perror("sigaction");
            return 1;
        }
        while (1) {
            printf("父进程正在运行，进程ID为 %d\n", getpid());
            sleep(1);
        }
    } else {
        // fork失败
        perror("fork");
        return 1;
    }
    return 0;
}