1 进程状态
在使用top或ps查看进程信息时，有一列字段用来标识进程当前的状态。以ps为例：
进程状态一般用单个大写字母来表示，具体每种状态表示什么含义，为什么ps显示出来的状态有多个字母，这个查阅官方文档（https://man7.org/linux/man-pages/man1/ps.1.html）中的PROCESS STATE CODE部分即可。
这些命令本质上是从进程的/proc/PID/status目录下读取的状态信息，因此也可参考 https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html 了解所有状态的演化发展情况。
几种常见进程状态含义如下：
- R：进程正在运行或处于可运行状态，只要有时间片了，就会调度到 CPU 上运行
- S：可中断的 sleep 状态，进程调用了 sleep 或在等待网络 IO 事件
- D：不可中断的 sleep 状态，一般是进程在等待磁盘 IO（这种一般也 kill 不掉，除非阻塞解除）
- T：收到了 STOP 信号，处于暂停状态（在命令行中按下
Ctrl+z就会让进程进入这个状态）
- t：进程被 ptrace 调试导致的暂停（GDB 底层用的 ptrace）
- Z：僵尸进程，进程的生命周期已经结束了，但内核中还保留了一些关于它的信息，没有被彻底回收
2 僵尸进程如何产生
进程状态为 Z 的进程，就是僵尸进程。
当一个进程终止（正常或异常）后，该进程使用的系统资源会被回收，只在内核中保留了很少的信息，主要记录了一些退出状态和退出原因。这个时候进程状态就会切换为 Z，需要父进程调用 wait() 来让系统彻底回收资源。
这么设计是因为在一些场景中，父进程需要感知子进程退出的原因，调用 wait() 的同时也能拿到子进程退出时的信息，这就是为什么在 bash 中可以通过echo $?拿到上一条命令的退出码。
但是在一些特殊情况下，父进程没能正确回收子进程的资源（例如，执行到什么逻辑的时候卡住了），此时子进程会一直维持 Z 状态，这时就能通过系统命令捕获到僵尸进程了。
虽然僵尸进程不会被调度，大部分系统资源也已经释放，但是它会占用一个进程 PID，如果系统中有大量的僵尸进程产生，会耗尽 PID 资源，导致新进程无法派生。
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
int pid = fork();
if (pid != 0) {
printf("father process is stucking...\n");
sleep(60);
} else {
printf("child process pid: %d\n", getpid());
return 0;
}
return 0;
}
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可以看到，父进程在 sleep，而子进程已经退出了，此时状态为 Z，成为了僵尸进程。
但是过一会，再使用ps查看进程状态时，发现僵尸进程已经消失了。这是因为当父进程退出后，僵尸子进程会挂到systemd进程下，systemd会周期调用wait()来回收子进程，最终清除了刚才的僵尸进程。
https://unix.stackexchange.com/questions/155012/how-does-linux-handles-zombie-process
3 如何处理僵尸进程
3.1 直接同步调用 wait()
最直接的办法就是在父进程的逻辑中调用 wait() 来回收终止的子进程。
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
int pid = fork();
if (pid != 0) {
printf("father process is stucking...\n");
int child_pid = wait(NULL); // 这里传入非 NULL 可以获取更多子进程信息，这里不讨论
printf("child process(%d) is finished, reap it\n", child_pid);
sleep(60);
} else {
printf("child process pid: %d\n", getpid());
return 0;
}
return 0;
}
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这个时候就没有僵尸进程了。
直接使用 wait() 调用有如下几个缺点：
- 该调用是阻塞的，如果子进程一直不退出，父进程调用后就会卡住，无法执行其它逻辑
- 如果有多个子进程，该调用无法指定回收并获取具体的某个子进程，每次可操作的都是最先终止的
于是可以使用 watipid() 来进行更好的控制。它拥有更多的控制参数，可以让父进程只阻塞在特定的子进程上，也可以设置为不阻塞，通过轮询的的方式来回收子进程。
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main()
{
int pid = fork();
if (pid != 0) { // father
int ret = 0;
while (ret == 0) {
printf("father process do something else...\n");
sleep(1);
ret = waitpid(pid, NULL, WNOHANG);
}
printf("child process(%d) is finished, reap it\n", ret);
} else {
printf("child process pid: %d\n", getpid());
sleep(5);
return 0;
}
return 0;
}
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3.2 使用信号机制异步处理
当有子进程终止时，内核会向它的父进程发送一个SIGCHLD信号，默认该信号是被忽略的，我们可以给该信号注册一个 handler，在 handler 的逻辑中回收子进程。
当信号处理函数被调用时，接下来的SIGCHLD会被默认屏蔽，如果在处理信号的时候，又有子进程退出了，产生的信号就捕获不到了。因此，在 handler 中要考虑尽可能回收所有子进程。
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
#include <signal.h>
void handle_child_exit(int sig)
{
int ret = 0;
while ((ret = waitpid(-1, NULL, WNOHANG)) > 0) {
printf("child process(%d) is finished, reap it\n", ret);
continue;
}
return;
}
int main()
{
signal(SIGCHLD, handle_child_exit); // call this before fork()
int pid = fork();
if (pid != 0) { // father
while (1) {
printf("father process do something else...\n");
sleep(1);
}
} else {
printf("child process pid: %d\n", getpid());
sleep(2);
return 0;
}
return 0;
}
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