基本概念
我們知道在unix/linux中，正常情況下，子進(jìn)程是通過父進(jìn)程創(chuàng)建的，子進(jìn)程在創(chuàng)建新的進(jìn)程。子進(jìn)程的結(jié)束和父進(jìn)程的運(yùn)行是一個(gè)異步過程,即父進(jìn)程永遠(yuǎn)無(wú)法預(yù)測(cè)子進(jìn)程 到底什么時(shí)候結(jié)束。 當(dāng)一個(gè) 進(jìn)程完成它的工作終止之后，它的父進(jìn)程需要調(diào)用wait()或者waitpid()系統(tǒng)調(diào)用取得子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。
孤兒進(jìn)程
一個(gè)父進(jìn)程退出，而它的一個(gè)或多個(gè)子進(jìn)程還在運(yùn)行，那么那些子進(jìn)程將成為孤兒進(jìn)程。孤兒進(jìn)程將被init進(jìn)程(進(jìn)程號(hào)為1)所收養(yǎng)，并由init進(jìn)程對(duì)它們完成狀態(tài)收集工作。
僵尸進(jìn)程
一個(gè)進(jìn)程使用fork創(chuàng)建子進(jìn)程，如果子進(jìn)程退出，而父進(jìn)程并沒有調(diào)用wait或waitpid獲取子進(jìn)程的狀態(tài)信息，那么子進(jìn)程的進(jìn)程描述符仍然保存在系統(tǒng)中。這種進(jìn)程稱之為僵死進(jìn)程。
問題及危害
unix提供了一種機(jī)制可以保證只要父進(jìn)程想知道子進(jìn)程結(jié)束時(shí)的狀態(tài)信息， 就可以得到。這種機(jī)制就是: 在每個(gè)進(jìn)程退出的時(shí)候,內(nèi)核釋放該進(jìn)程所有的資源,包括打開的文件,占用的內(nèi)存等。 但是仍然為其保留一定的信息(包括進(jìn)程號(hào)the process ID,退出狀態(tài)the termination status of the process,運(yùn)行時(shí)間the amount of CPU time taken by the process等)。直到父進(jìn)程通過wait / waitpid來取時(shí)才釋放。 但這樣就導(dǎo)致了問題，如果進(jìn)程不調(diào)用wait / waitpid的話， 那么保留的那段信息就不會(huì)釋放，其進(jìn)程號(hào)就會(huì)一直被占用，但是系統(tǒng)所能使用的進(jìn)程號(hào)是有限的，如果大量的產(chǎn)生僵死進(jìn)程，將因?yàn)闆]有可用的進(jìn)程號(hào)而導(dǎo)致系統(tǒng)不能產(chǎn)生新的進(jìn)程. 此即為僵尸進(jìn)程的危害，應(yīng)當(dāng)避免。
孤兒進(jìn)程是沒有父進(jìn)程的進(jìn)程，孤兒進(jìn)程這個(gè)重任就落到了init進(jìn)程身上，init進(jìn)程就好像是一個(gè)民政局，專門負(fù)責(zé)處理孤兒進(jìn)程的善后工作。每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)孤兒進(jìn)程的時(shí)候，內(nèi)核就把孤 兒進(jìn)程的父進(jìn)程設(shè)置為init，而init進(jìn)程會(huì)循環(huán)地wait()它的已經(jīng)退出的子進(jìn)程。這樣，當(dāng)一個(gè)孤兒進(jìn)程凄涼地結(jié)束了其生命周期的時(shí)候，init進(jìn)程就會(huì)代表黨和政府出面處理它的一切善后工作。因此孤兒進(jìn)程并不會(huì)有什么危害。
任何一個(gè)子進(jìn)程(init除外)在exit()之后，并非馬上就消失掉，而是留下一個(gè)稱為僵尸進(jìn)程(Zombie)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，等待父進(jìn)程處理。這是每個(gè) 子進(jìn)程在結(jié)束時(shí)都要經(jīng)過的階段。如果子進(jìn)程在exit()之后，父進(jìn)程沒有來得及處理，這時(shí)用ps命令就能看到子進(jìn)程的狀態(tài)是“Z”。如果父進(jìn)程能及時(shí) 處理，可能用ps命令就來不及看到子進(jìn)程的僵尸狀態(tài)，但這并不等于子進(jìn)程不經(jīng)過僵尸狀態(tài)。 如果父進(jìn)程在子進(jìn)程結(jié)束之前退出，則子進(jìn)程將由init接管。init將會(huì)以父進(jìn)程的身份對(duì)僵尸狀態(tài)的子進(jìn)程進(jìn)行處理。
僵尸進(jìn)程危害場(chǎng)景
例如有個(gè)進(jìn)程，它定期的產(chǎn) 生一個(gè)子進(jìn)程，這個(gè)子進(jìn)程需要做的事情很少，做完它該做的事情之后就退出了，因此這個(gè)子進(jìn)程的生命周期很短，但是，父進(jìn)程只管生成新的子進(jìn)程，至于子進(jìn)程 退出之后的事情，則一概不聞不問，這樣，系統(tǒng)運(yùn)行上一段時(shí)間之后，系統(tǒng)中就會(huì)存在很多的僵死進(jìn)程，倘若用ps命令查看的話，就會(huì)看到很多狀態(tài)為Z的進(jìn)程。 嚴(yán)格地來說，僵死進(jìn)程并不是問題的根源，罪魁禍?zhǔn)资钱a(chǎn)生出大量僵死進(jìn)程的那個(gè)父進(jìn)程。因此，當(dāng)我們尋求如何消滅系統(tǒng)中大量的僵死進(jìn)程時(shí)，答案就是把產(chǎn)生大 量僵死進(jìn)程的那個(gè)元兇槍斃掉（也就是通過kill發(fā)送SIGTERM或者SIGKILL信號(hào)啦）。槍斃了元兇進(jìn)程之后，它產(chǎn)生的僵死進(jìn)程就變成了孤兒進(jìn) 程，這些孤兒進(jìn)程會(huì)被init進(jìn)程接管，init進(jìn)程會(huì)wait()這些孤兒進(jìn)程，釋放它們占用的系統(tǒng)進(jìn)程表中的資源，這樣，這些已經(jīng)僵死的孤兒進(jìn)程 就能瞑目而去了。
孤兒進(jìn)程和僵尸進(jìn)程測(cè)試
1、孤兒進(jìn)程被init進(jìn)程收養(yǎng)
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 顯示父進(jìn)程的進(jìn)程ID，這個(gè)函數(shù)可以是getmypid()，也可以用posix_getpid()
echo "Father PID:" . getmypid() . PHP_EOL;
// 讓父進(jìn)程停止兩秒鐘，在這兩秒內(nèi)，子進(jìn)程的父進(jìn)程ID還是這個(gè)父進(jìn)程
sleep(2);
} else if (0 == $pid) {
// 讓子進(jìn)程循環(huán)10次，每次睡眠1s，然后每秒鐘獲取一次子進(jìn)程的父進(jìn)程進(jìn)程ID
for ($i = 1; $i = 10; $i++) {
sleep(1);
// posix_getppid()函數(shù)的作用就是獲取當(dāng)前進(jìn)程的父進(jìn)程進(jìn)程ID
echo posix_getppid() . PHP_EOL;
}
} else {
echo "fork error." . PHP_EOL;
}
測(cè)試結(jié)果：
php daemo001.php
Father PID:18046
18046
18046
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ 1
1
1
1
1
1
1
1
2、僵尸進(jìn)程和危害
執(zhí)行以下代碼 php zombie1.php
$pid = pcntl_fork();
if( $pid > 0 ){
// 下面這個(gè)函數(shù)可以更改php進(jìn)程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 讓主進(jìn)程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if( 0 == $pid ) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進(jìn)程休息10秒鐘，但是進(jìn)程結(jié)束后，父進(jìn)程不對(duì)子進(jìn)程做任何處理工作，這樣這個(gè)子進(jìn)程就會(huì)變成僵尸進(jìn)程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.'.PHP_EOL);
}
執(zhí)行結(jié)果，另外一個(gè)終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18458 0.5 1.2 204068 25920 pts/1 S+ 16:34 0:00 php father process
www 18459 0.0 0.3 204068 6656 pts/1 S+ 16:34 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18458 0.0 1.2 204068 25920 pts/1 S+ 16:34 0:00 php father process
www 18459 0.0 0.0 0 0 pts/1 Z+ 16:34 0:00 [php] defunct>
通過執(zhí)行 ps -aux 命令可以看到，當(dāng)程序在前十秒內(nèi)運(yùn)行的時(shí)候，php child process 的狀態(tài)列為 [S+]，然而在十秒鐘過后，這個(gè)狀態(tài)變成了 [Z+]，也就是變成了危害系統(tǒng)的僵尸進(jìn)程。
那么，問題來了？如何避免僵尸進(jìn)程呢？
PHP通過 pcntl_wait() 和 pcntl_waitpid() 兩個(gè)函數(shù)來幫我們解決這個(gè)問題。了解Linux系統(tǒng)編程的應(yīng)該知道，看名字就知道這其實(shí)就是PHP把C語(yǔ)言中的 wait() 和 waitpid() 包裝了一下。
通過代碼演示 pcntl_wait() 來避免僵尸進(jìn)程。
pcntl_wait() 函數(shù)：
這個(gè)函數(shù)的作用就是 “ 等待或者返回子進(jìn)程的狀態(tài) ”，當(dāng)父進(jìn)程執(zhí)行了該函數(shù)后，就會(huì)阻塞掛起等待子進(jìn)程的狀態(tài)一直等到子進(jìn)程已經(jīng)由于某種原因退出或者終止。
換句話說就是如果子進(jìn)程還沒結(jié)束，那么父進(jìn)程就會(huì)一直等等等，如果子進(jìn)程已經(jīng)結(jié)束，那么父進(jìn)程就會(huì)立刻得到子進(jìn)程狀態(tài)。這個(gè)函數(shù)返回退出的子進(jìn)程的進(jìn)程 ID 或者失敗返回 -1。
執(zhí)行以下代碼 zombie2.php
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個(gè)函數(shù)可以更改php進(jìn)程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回$wait_result，就是子進(jìn)程的進(jìn)程號(hào)，如果子進(jìn)程已經(jīng)是僵尸進(jìn)程則為0
// 子進(jìn)程狀態(tài)則保存在了$status參數(shù)中，可以通過pcntl_wexitstatus()等一系列函數(shù)來查看$status的狀態(tài)信息是什么
$wait_result = pcntl_wait($status);
print_r($wait_result);
print_r($status);
// 讓主進(jìn)程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進(jìn)程休息10秒鐘，但是進(jìn)程結(jié)束后，父進(jìn)程不對(duì)子進(jìn)程做任何處理工作，這樣這個(gè)子進(jìn)程就會(huì)變成僵尸進(jìn)程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
在另外一個(gè)終端中通過ps -aux查看，可以看到在前十秒內(nèi)，php child process 是 [S+] 狀態(tài)，然后十秒鐘過后進(jìn)程消失了，也就是被父進(jìn)程回收了，沒有變成僵尸進(jìn)程。
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18519 0.5 1.2 204068 25576 pts/1 S+ 16:42 0:00 php father process
www 18520 0.0 0.3 204068 6652 pts/1 S+ 16:42 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18519 0.0 1.2 204068 25576 pts/1 S+ 16:42 0:00 php father process
但是，pcntl_wait() 有個(gè)很大的問題，就是阻塞。父進(jìn)程只能掛起等待子進(jìn)程結(jié)束或終止，在此期間父進(jìn)程什么都不能做，這并不符合多快好省原則，所以 pcntl_waitpid() 閃亮登場(chǎng)。pcntl_waitpid( pid, status, $option = 0 )的第三個(gè)參數(shù)如果設(shè)置為WNOHANG，那么父進(jìn)程不會(huì)阻塞一直等待到有子進(jìn)程退出或終止，否則將會(huì)和pcntl_wait()的表現(xiàn)類似。
修改第三個(gè)案例的代碼，但是，我們并不添加WNOHANG，演示說明pcntl_waitpid()功能：
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個(gè)函數(shù)可以更改php進(jìn)程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回值保存在$wait_result中
// $pid參數(shù)表示 子進(jìn)程的進(jìn)程ID
// 子進(jìn)程狀態(tài)則保存在了參數(shù)$status中
// 將第三個(gè)option參數(shù)設(shè)置為常量WNOHANG，則可以避免主進(jìn)程阻塞掛起，此處父進(jìn)程將立即返回繼續(xù)往下執(zhí)行剩下的代碼
$wait_result = pcntl_waitpid($pid, $status);
var_dump($wait_result);
var_dump($status);
// 讓主進(jìn)程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進(jìn)程休息10秒鐘，但是進(jìn)程結(jié)束后，父進(jìn)程不對(duì)子進(jìn)程做任何處理工作，這樣這個(gè)子進(jìn)程就會(huì)變成僵尸進(jìn)程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
下面是運(yùn)行結(jié)果，一個(gè)執(zhí)行php zombie3.php 程序的終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ php zombie3.php
int(18586)
int(0)
^C
ctrl-c 發(fā)送 SIGINT 信號(hào)給前臺(tái)進(jìn)程組中的所有進(jìn)程。常用于終止正在運(yùn)行的程序。
下面是ps -aux終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.3 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www 18606 0.0 0.3 204068 6636 pts/1 S+ 16:52 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.1 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.0 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php // ctrl-c 后不再被阻塞
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$
實(shí)際上可以看到主進(jìn)程是被阻塞的，一直到第十秒子進(jìn)程退出了，父進(jìn)程不再阻塞
修改第四段代碼，添加第三個(gè)參數(shù)WNOHANG，代碼如下：
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個(gè)函數(shù)可以更改php進(jìn)程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回值保存在$wait_result中
// $pid參數(shù)表示 子進(jìn)程的進(jìn)程ID
// 子進(jìn)程狀態(tài)則保存在了參數(shù)$status中
// 將第三個(gè)option參數(shù)設(shè)置為常量WNOHANG，則可以避免主進(jìn)程阻塞掛起，此處父進(jìn)程將立即返回繼續(xù)往下執(zhí)行剩下的代碼
$wait_result = pcntl_waitpid($pid, $status, WNOHANG);
var_dump($wait_result);
var_dump($status);
echo "不阻塞，運(yùn)行到這里" . PHP_EOL;
// 讓主進(jìn)程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進(jìn)程休息10秒鐘，但是進(jìn)程結(jié)束后，父進(jìn)程不對(duì)子進(jìn)程做任何處理工作，這樣這個(gè)子進(jìn)程就會(huì)變成僵尸進(jìn)程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
執(zhí)行 php zombie4.php
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ php zombie4.php
int(0)
int(0)
不阻塞，運(yùn)行到這里
另一個(gè)ps -aux終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18672 0.3 1.2 204068 26284 pts/1 S+ 17:00 0:00 php father process
www 18673 0.0 0.3 204068 6656 pts/1 S+ 17:00 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18672 0.0 1.2 204068 26284 pts/1 S+ 17:00 0:00 php father process
www 18673 0.0 0.0 0 0 pts/1 Z+ 17:00 0:00 [php] defunct>
實(shí)際上可以看到主進(jìn)程是被阻塞的，一直到第十秒子進(jìn)程退出了，父進(jìn)程不再阻塞。
問題出現(xiàn)了，竟然php child process進(jìn)程狀態(tài)竟然變成了[Z+]，這是怎么搞得？回頭分析一下代碼：
我們看到子進(jìn)程是睡眠了十秒鐘，而父進(jìn)程在執(zhí)行pcntl_waitpid()之前沒有任何睡眠且本身不再阻塞，所以，主進(jìn)程自己先執(zhí)行下去了，而子進(jìn)程在足足十秒鐘后才結(jié)束，進(jìn)程狀態(tài)自然無(wú)法得到回收。
如果我們將代碼修改一下，就是在主進(jìn)程的pcntl_waitpid()前睡眠15秒鐘，這樣就可以回收子進(jìn)程了。但是即便這樣修改，細(xì)心想的話還是會(huì)有個(gè)問題，那就是在子進(jìn)程結(jié)束后，在父進(jìn)程執(zhí)行pcntl_waitpid()回收前，有五秒鐘的時(shí)間差，在這個(gè)時(shí)間差內(nèi)，php child process也將會(huì)是僵尸進(jìn)程。那么，pcntl_waitpid()如何正確使用啊？這樣用，看起來畢竟不太科學(xué)。
那么，是時(shí)候引入信號(hào)學(xué)了！
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