Python--詳細講解殭屍進程與孤兒進程

一：殭屍進程（有害）
　　殭屍進程：一個進程使用fork創建子進程，如果子進程退出，而父進程並沒有調用wait或waitpid獲取子進程的狀態信息，那麼子進程的進程描述符仍然保存在系統中。這種進程稱之爲僵死進程。詳解如下

我們知道在unix/linux中，正常情況下子進程是通過父進程創建的，子進程在創建新的進程。子進程的結束和父進程的運行是一個異步過程,即父進程永遠無法預測子進程到底什麼時候結束，如果子進程一結束就立刻回收其全部資源，那麼在父進程內將無法獲取子進程的狀態信息。

因此，UNⅨ提供了一種機制可以保證父進程可以在任意時刻獲取子進程結束時的狀態信息：
1、在每個進程退出的時候，內核釋放該進程所有的資源，包括打開的文件，佔用的內存等。但是仍然爲其保留一定的信息（包括進程號the process ID，退出狀態the termination status of the process，運行時間the amount of CPU time taken by the process等）
2、直到父進程通過wait / waitpid來取時才釋放. 但這樣就導致了問題，如果進程不調用wait / waitpid的話，那麼保留的那段信息就不會釋放，其進程號就會一直被佔用，但是系統所能使用的進程號是有限的，如果大量的產生僵死進程，將因爲沒有可用的進程號而導致系統不能產生新的進程. 此即爲殭屍進程的危害，應當避免。

　　任何一個子進程(init除外)在exit()之後，並非馬上就消失掉，而是留下一個稱爲殭屍進程(Zombie)的數據結構，等待父進程處理。這是每個子進程在結束時都要經過的階段。如果子進程在exit()之後，父進程沒有來得及處理，這時用ps命令就能看到子進程的狀態是“Z”。如果父進程能及時 處理，可能用ps命令就來不及看到子進程的殭屍狀態，但這並不等於子進程不經過殭屍狀態。  如果父進程在子進程結束之前退出，則子進程將由init接管。init將會以父進程的身份對殭屍狀態的子進程進行處理。

二：孤兒進程（無害）

　　孤兒進程：一個父進程退出，而它的一個或多個子進程還在運行，那麼那些子進程將成爲孤兒進程。孤兒進程將被init進程(進程號爲1)所收養，並由init進程對它們完成狀態收集工作。

　　孤兒進程是沒有父進程的進程，孤兒進程這個重任就落到了init進程身上，init進程就好像是一個民政局，專門負責處理孤兒進程的善後工作。每當出現一個孤兒進程的時候，內核就把孤 兒進程的父進程設置爲init，而init進程會循環地wait()它的已經退出的子進程。這樣，當一個孤兒進程淒涼地結束了其生命週期的時候，init進程就會代表黨和政府出面處理它的一切善後工作。因此孤兒進程並不會有什麼危害。

我們來測試一下（創建完子進程後，主進程所在的這個腳本就退出了，當父進程先於子進程結束時，子進程會被init收養，成爲孤兒進程，而非殭屍進程），文件內容

import os
import sys
import time

pid = os.getpid()
ppid = os.getppid()
print 'im father', 'pid', pid, 'ppid', ppid
pid = os.fork()
#執行pid=os.fork()則會生成一個子進程
#返回值pid有兩種值：
#    如果返回的pid值爲0，表示在子進程當中
#    如果返回的pid值>0，表示在父進程當中
if pid > 0:
    print 'father died..'
    sys.exit(0)

# 保證主線程退出完畢
time.sleep(1)
print 'im child', os.getpid(), os.getppid()

執行文件，輸出結果：
im father pid 32515 ppid 32015
father died..
im child 32516 1

• 子進程已經被pid爲1的init進程接收了，所以殭屍進程在這種情況下是不存在的，存在只有孤兒進程而已，孤兒進程聲明週期結束自然會被init來銷燬。
  

三：殭屍進程危害場景：

　　例如有個進程，它定期的產 生一個子進程，這個子進程需要做的事情很少，做完它該做的事情之後就退出了，因此這個子進程的生命週期很短，但是，父進程只管生成新的子進程，至於子進程 退出之後的事情，則一概不聞不問，這樣，系統運行上一段時間之後，系統中就會存在很多的僵死進程，倘若用ps命令查看的話，就會看到很多狀態爲Z的進程。 嚴格地來說，僵死進程並不是問題的根源，罪魁禍首是產生出大量僵死進程的那個父進程。因此，當我們尋求如何消滅系統中大量的僵死進程時，答案就是把產生大 量僵死進程的那個元兇槍斃掉（也就是通過kill發送SIGTERM或者SIGKILL信號啦）。槍斃了元兇進程之後，它產生的僵死進程就變成了孤兒進 程，這些孤兒進程會被init進程接管，init進程會wait()這些孤兒進程，釋放它們佔用的系統進程表中的資源，這樣，這些已經僵死的孤兒進程 就能瞑目而去了。

四：測試

#1、產生殭屍進程的程序test.py內容如下

#coding:utf-8
from multiprocessing import Process
import time,os

def run():
    print('子',os.getpid())

if __name__ == '__main__':
    p=Process(target=run)
    p.start()
    
    print('主',os.getpid())
    time.sleep(1000)

#2、在unix或linux系統上執行
[root@vm172-31-0-19 ~]# python3  test.py &
[1] 18652
[root@vm172-31-0-19 ~]# 主 18652
子 18653

[root@vm172-31-0-19 ~]# ps aux |grep Z
USER       PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root     18653  0.0  0.0      0     0 pts/0    Z    20:02   0:00 [python3] <defunct> #出現殭屍進程
root     18656  0.0  0.0 112648   952 pts/0    S+   20:02   0:00 grep --color=auto Z

[root@vm172-31-0-19 ~]# top #執行top命令發現1zombie
top - 20:03:42 up 31 min,  3 users,  load average: 0.01, 0.06, 0.12
Tasks:  93 total,   2 running,  90 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
%Cpu(s):  0.0 us,  0.3 sy,  0.0 ni, 99.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  1016884 total,    97184 free,    70848 used,   848852 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.   782540 avail Mem 

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                                                                                                                                        
root      20   0   29788   1256    988 S  0.3  0.1   0:01.50 elfin                                                                                                                      

#3、
等待父進程正常結束後會調用wait／waitpid去回收殭屍進程
但如果父進程是一個死循環，永遠不會結束，那麼該殭屍進程就會一直存在，殭屍進程過多，就是有害的
解決方法一：殺死父進程
解決方法二：對開啓的子進程應該記得使用join，join會回收殭屍進程
參考python2源碼註釋
class Process(object):
    def join(self, timeout=None):
        '''
        Wait until child process terminates
        '''
        assert self._parent_pid == os.getpid(), 'can only join a child process'
        assert self._popen is not None, 'can only join a started process'
        res = self._popen.wait(timeout)
        if res is not None:
            _current_process._children.discard(self)

join方法中調用了wait，告訴系統釋放殭屍進程。discard爲從自己的children中剔除

五.問題:

from multiprocessing import Process
import time,os

def task():
    print('%s is running' %os.getpid())
    time.sleep(3)
    
if __name__ == '__main__':
    p=Process(target=task)
    p.start()
    p.join() # 等待進程p結束後，join函數內部會發送系統調用wait，去告訴操作系統回收掉進程p的id號

    print(p.pid) #？？？此時能否看到子進程p的id號
    print('主')

答案:

#答案：可以
#分析：
p.join()是像操作系統發送請求，告知操作系統p的id號不需要再佔用了，回收就可以，
此時在父進程內還可以看到p.pid,但此時的p.pid是一個無意義的id號，因爲操作系統已經將該編號回收

打個比方：
我黨相當於操作系統，控制着整個中國的硬件，每個人相當於一個進程，每個人都需要跟我黨申請一個身份證號
該號碼就相當於進程的pid，人死後應該到我黨那裏註銷身份證號，p.join()就相當於要求我黨回收身份證號，但p的家人（相當於主進程）
仍然持有p的身份證，但此刻的身份證已經沒有意義