Linux程序4：孤兒程序，殭屍程序(及解決方法)，守護行程講解

孤兒程序，殭屍程序(及解決方法)，守護行程講解

孤兒程序：

父程序如果不等待子程序退出，在子程序之前就結束了自己的「生命」此時的子程序叫做孤兒程序。====爹沒了。
Linux避免系統存在過多的孤兒程序，init程序收留孤兒程序，變成孤兒程序的父程序。====init養父

殭屍程序：

建立子程序後，子程序退出狀態不被收集，變成殭屍程序。爹不要它了
除非爹死後變孤兒init養父接收。如果父程序是死迴圈，那麼該殭屍程序就變成遊魂野鬼消耗空間。

守護行程：

守護行程（Daemon）是在一類脫離終端在後臺執行的程式, 通常以 d 結尾, 隨系統啟動, 其父程序 (ppid) 通常是init 程序。====後臺小天使

1.孤兒程序：

案例演示：

範例：以下是一個孤兒程序的範例程式，在此程式中，讓父程序先退出，然後子程序再次列印自己的父程序號：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();//建立一個程序
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");//建立失敗
exit(1);
}
//子程序
if (pid == 0)
{
printf("I am the childprocess.\n");
//輸出程序ID和父程序ID
printf("pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
printf("I will sleep fiveseconds.\n");
//睡眠5s，保證父程序先退出
sleep(5);
printf("pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
printf("child process isexited.\n");
}
//父程序
else
{
printf("I am fatherprocess.\n");
//父程序睡眠1s，保證子程序輸出程序id
sleep(1);
printf("father process is  exited.\n");
}
return 0;
}

注意：
getpid函數可以獲得當前程序的pid，getppid函數可以獲得當前程序的父程序號。

執行結果：

說明：
首先列印子程序和父程序的ID，後來父程序提前終結，子程序成為孤兒程序，列印子程序和init父程序ID。

2.殭屍程序：

一個程序使用fork建立子程序，如果子程序退出，而父程序並沒有呼叫wait或waitpid獲取子程序的狀態資訊，那麼子程序的程序描述符仍然儲存在系統中。這種程序稱之為殭屍程序。

注意：
殭屍程序還會消耗一定的系統資源，並且還保留一些概要資訊供父程序查詢子程序的狀態可以提供父程序想要的資訊。一旦父程序得到想要的資訊，殭屍程序就會結束。

殭屍程序怎樣產生的：

一個程序在呼叫exit命令結束自己的生命的時候，其實它並沒有真正的被銷燬，而是留下一個稱為殭屍程序（Zombie）的資料結構（系統呼叫 exit，它的作用是使程序退出，但也僅僅限於將一個正常的程序變成一個殭屍程序，並不能將其完全銷燬）。

在Linux程序的狀態中，殭屍程序是非常特殊的一種，它已經放棄了幾乎所有記憶體空間，沒有任何可執行程式碼，也不能被排程，僅僅在程序列表中保留一個位置，記載該程序的退出狀態等資訊供其他程序收集，除此之外，殭屍程序不再佔有任何記憶體空間。它需要它的父程序來為它收屍，如果他的父程序沒安裝 SIGCHLD訊號處理常式呼叫wait或waitpid()等待子程序結束，又沒有顯式忽略該訊號，那麼它就一直保持殭屍狀態，如果這時父程序結束了， 那麼init程序自動會接手這個子程序，為它收屍，它還是能被清除的。但是如果如果父程序是一個迴圈，不會結束，那麼子程序就會一直保持殭屍狀態，這就是 為什麼系統中有時會有很多的殭屍程序。

怎麼檢視殭屍程序：

利用命令：ps，可以看到有標記為Z的程序就是殭屍程序。

怎樣來清除殭屍程序：

方法一：

改寫父程序，在子程序死後要為它收屍。
具體做法是接管SIGCHLD訊號。子程序死後，會傳送SIGCHLD訊號給父程序，父程序收到此訊號後，執行waitpid()函數為子程序收屍。這是基於這樣的原理：就算父程序沒有呼叫 wait，核心也會向它傳送SIGCHLD訊息，儘管對的預設處理是忽略，如果想響應這個訊息，可以設定一個處理常式。

方法二：

把父程序殺掉。父程序死後，殭屍程序成為"孤兒程序"，過繼給程序init，init始終會負責清理殭屍程序。它產生的所有殭屍程序也跟著消失。
注：殭屍程序將會導致資源浪費，而孤兒則不會。

案例演示1：

範例1：以下是一個殭屍程序的範例程式，在此程式中，子程序先退出，父程序不呼叫wait()或waitpid()清理子程序資訊。

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
pid_t pid;
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am child process.I amexiting.\n");
exit(0);
}
printf("I am father process.I willsleep two seconds\n");
//等待子程序先退出
sleep(2);
//輸出程序資訊
system("ps -opid,ppid,state,tty,command");
printf("father process isexiting.\n");
return 0;
}

執行結果：

說明：
子程序變成了殭屍程序

案例演示2：

範例2：父程序迴圈建立子程序，子程序退出，造成多個殭屍程序。

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
int main()
{
pid_t pid;
//迴圈建立子程序
while(1)
{
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am a childprocess.\nI am exiting.\n");
//子程序退出，成為殭屍程序
exit(0);
}
else
{
//父程序休眠20s繼續建立子程序
sleep(4);
continue;
}
}
return 0;
}

執行結果：

3.殭屍程序解決辦法：

通過訊號機制：

子程序退出時向父程序傳送SIGCHILD訊號，父程序處理SIGCHILD訊號。在訊號處理常式中呼叫wait進行處理殭屍程序。測試程式如下所示：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<stdlib.h>
#include<signal.h>
static voidsig_child(int signo);
int main()
{
pid_t pid;
//建立捕捉子程序退出訊號
signal(SIGCHLD,sig_child);
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
else if (pid == 0)
{
printf("I am child process,pid id%d.I am exiting.\n",getpid());
exit(0);
}
printf("I am father process.I willsleep two seconds\n");
//等待子程序先退出
sleep(2);
//輸出程序資訊
system("ps -opid,ppid,state,tty,command");
printf("father process isexiting.\n");
return 0;
}
static voidsig_child(int signo)
{
pid_t pid;
int stat;
//處理殭屍程序
while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG))>0)
printf("child %dterminated.\n", pid);
}

執行結果：

兩次fork()：

《Unix 環境高階程式設計》8.6節說的非常詳細。原理是將子程序成為孤兒程序，從而其的父程序變為init程序，通過init程序可以處理殭屍程序。測試程式如下所示：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
pid_t pid;
//建立第一個子程序
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一個子程序
else if (pid == 0)
{
//子程序再建立子程序
printf("I am the first childprocess.pid:%d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
pid = fork();
if (pid < 0)
{
perror("fork error:");
exit(1);
}
//第一個子程序退出
else if (pid >0)
{
printf("first procee isexited.\n");
exit(0);
}
//第二個子程序
//睡眠3s保證第一個子程序退出，這樣第二個子程序的父親就是init程序裡
sleep(3);
printf("I am the second childprocess.pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
exit(0);
}
//父程序處理第一個子程序退出
if (waitpid(pid, NULL, 0) != pid)
{
perror("waitepid error:");
exit(1);
}
exit(0);
return 0;
}

執行結果：

說明：
父程序變成了init程序。

4.守護行程：

同樣我們需要了解一下什麼是守護行程，守護行程就是在後臺執行，不與任何終端關聯的程序，通常情況下守護行程在系統啟動時就在執行，它們以root使用者或者其他特殊使用者(apache和postfix)執行，並能處理一些系統級的任務。習慣上守護行程的名字通常以d結尾(sshd)，但這些不是必須的。

守護行程是脫離於終端並且在後臺執行的程序。守護行程脫離於終端，是為了避免程序在執行過程中的資訊在任何終端上顯示，並且程序也不會被任何終端所產生的終端資訊所打斷。

守護行程，也就是通常說的Daemon程序，是Linux中的後臺服務程序。它是一個生存期較長的程序，通常獨立於控制終端並且週期性地執行某種任務或等待處理某些發生的事件。守護行程常常在系統引導裝入時啟動，在系統關閉時終止。Linux系統有很多守護行程，大多數服務都是通過守護行程實現的，同時，守護行程還能完成許多系統任務，例如，作業規劃程序crond、列印程序lqd等（這裡的結尾字母d就是Daemon的意思）。

由於在Linux中，每一個系統與使用者進行交流的介面稱為終端，每一個從此終端開始執行的程序都會依附於這個終端，這個終端就稱為這些程序的控制終端，當控制終端被關閉時，相應的程序都會自動關閉。但是守護行程卻能夠突破這種限制，它從被執行開始運轉，直到整個系統關閉時才退出。如果想讓某個程序不因為使用者或終端或其他的變化而受到影響，那麼就必須把這個程序變成一個守護行程。

下面介紹一下建立守護行程的步驟：

· 呼叫fork(),建立新程序,它會是將來的守護行程.
· 在父程序中呼叫exit,保證子程序不是行程群組長
· 呼叫setsid()建立新的對談區
· 將當前目錄改成跟目錄(如果把當前目錄作為守護行程的目錄,當前目錄不能被解除安裝他作為守護行程的工作目錄)
· 將標準輸入,標註輸出,標準錯誤重定向到/dev/null

程式碼演示：

#include<sys/types.h>
#incldue<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<signal.h>
#include<errno.h>
#include<signal.h>
#include<fcntl.h>
#incldue<unistd.h>
#include<linux/fs.h>
int main(void)
{
pid_t pid;
int i;
pid = fork();    //建立一個新程序,將來會是守護行程
if(pid == -1)
{
return -1;
}
else if(pid != 0){ //父程序呼叫exit,保證子程序不是行程群組長
exit(EXIT_SUCCESS);
}  
if(setsid() == -1) //建立新的對談區
{
return -1;        
}   
if(chdir("/") == -1)  //將當前目錄改成根目錄
{
return -1;
}  
for(i = 0;i < NR_OPEN;i++)
{
close(i);
}
open("/dev/null",O_RDWR); 重定向
dup(0);
dup(0);   
return 0;
}

執行結果：

disda    26217     1 0 
06:59 ?        00:00:00 ./dm01_demon 則出現了守護行程!

5.常見問答：

孤兒程序有危害嗎？

孤兒程序是沒有父程序的程序，孤兒程序這個重任就落到了init程序身上，init程序就好像是一個民政局，專門負責處理孤兒程序的善後工作。每當出現一個孤兒程序的時候，核心就把孤兒程序的父程序設定為init，而init程序會迴圈地wait()它的已經退出的子程序。這樣，當一個孤兒程序淒涼地結束了其生命週期的時候，init程序就會代表黨和政府出面處理它的一切善後工作。因此孤兒程序並不會有什麼危害。

殭屍程序有危害嗎？

殭屍程序危害場景：「擒賊先擒王」。

例如有個程序，它定期的產生一個子程序，這個子程序需要做的事情很少，做完它該做的事情之後就退出了，因此這個子程序的生命週期很短，但是，父程序只管生成新的子程序，至於子程序 退出之後的事情，則一概不聞不問，這樣，系統執行上一段時間之後，系統中就會存在很多的僵死程序，倘若用ps命令檢視的話，就會看到很多狀態為Z的程序。 嚴格地來說，僵死程序並不是問題的根源，罪魁禍首是產生出大量僵死程序的那個父程序。因此，當我們尋求如何消滅系統中大量的僵死程序時，答案就是把產生大量僵死程序的那個元凶槍斃掉（也就是通過kill傳送SIGTERM或者SIGKILL訊號啦）。槍斃了元凶程序（父程序）之後，它產生的僵死程序就變成了孤兒程序，這些孤兒程序會被init程序接管，init程序會wait()這些孤兒程序，釋放它們佔用的系統程序表中的資源，這樣，這些已經僵死的孤兒程序 就能瞑目而去了。這就是守護行程的作用，如果發生大量的殭屍程序，守護行程就會查詢其父程序，然後無情的kill掉！

什麼要儘量避免殭屍程序？

首先要明白，殭屍程序不是活著的程序，可以說就是一個資料結構，它是已經完成的任務的程序，但是不是它完成任務後就會煙消雲散的，他會留下一點東西，這個東西就是他的程序Id，他的結束狀態等，為什麼了留下這個東西呢？因為這個是用來向他的父程序報告自己的完成狀況用的，想想父程序為什麼會建立一個程序，是用來完成任務的，父程序需要知道子程序的完成情況，所有出現這樣的機制，對於殭屍程序只有父程序自己可以清理掉，呼叫wait等命令。就可以了。但是父程序不清理咋辦，那麼就說明殭屍程序存在，浪費了程序Id，程序的id是一種有限資源，用一個少一個啊，所以如果大量的殭屍程序存在的話，解決方法可以是殺掉無良的爹，孩子就可以被收養了。所以說，系統中的程序數量是有限的，雖然殭屍程序佔用的資源和記憶體都比較少，但是它卻佔領著數位，可能會導致系統無法再建立新的程序，因此及時清除殭屍程序很重要！

補充：

Linux中的常見命令：
用於檔案操作的常見命令：
cp（拷貝）、rm（刪除）、mkdir（建立）、cd（切換目錄）、mv（改名）、ls（羅列檔案/資料夾）、tar（解壓縮）、chmod（更改許可權）、chown（更改所有者）
用於系統程序操作的常見命令：
top/htop(檢視系統中所有程序實時執行情況）、ps（列出系統中的程序）、lsof（檢視某個埠是否被佔用）、kill（殺死某個程序）、iotop（監控磁碟I/O情況）、ifconfig（檢視本機IP）