【Linux】僵尸进程、孤儿进程的理解与验证

僵尸进程

概念

僵尸进程（Zombie Process）是指一个已经终止执行的子进程，但其父进程尚未调用 wait() 或 waitpid() 函数来获取子进程的退出状态。

Linux 中，僵尸进程会保留一些资源，如进程 ID、进程表项和一些系统资源，但不再执行任何代码。
僵尸进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。

创建僵尸进程，并检测

下面的代码将创建僵尸进程，并可以通过指令来查询其'Z' 状态：

在代码中，当父进程创建子进程后，父进程会通过 sleep(10) 函数暂停 10 秒钟等待子进程结束。在这个等待期间，子进程会立即退出并成为一个僵尸进程。

int main()
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid < 0)
    {
        std::cerr << "fork error" << std::endl; // 创建失败
        exit(1);
    }
    else if(pid == 0) // 子进程
    {
    	// 获取并打印 子进程的pid 
        std::cout << "子进程：" << getpid() << "正在运行" << std::endl;
        exit(0);
    }
    else // 父进程
    {
        std::cout << "父进程：" << getpid() << "等待子进程结束" << std::endl;
        sleep(10); // 父进程暂停10s，等待子进程结束
        std::cout << "父进程：" << getpid() << "结束" << std::endl;
    }
    return 0;
}

当成功运行程序后，我们通过下面的指令检测僵尸进程：

# 列出所有处于僵尸状态的进程的相关信息，包括进程号、父进程号、状态和命令行
ps -A -o pid,ppid,state,command | grep 'Z'

执行结果：

请添加图片描述

危害

僵尸进程本身并不会对系统造成直接的危害，因为它们不再执行任何代码。然而，如果系统中存在大量的僵尸进程，可能会导致以下问题：

资源浪费：僵尸进程会占用一些系统资源，如进程 ID、进程表项和一些系统内存。 虽然这些资源通常很小，但如果大量的僵尸进程积累，可能会导致资源浪费，降低系统的性能。
进程数量限制：操作系统对进程数量有一定的限制，具体取决于系统的配置和资源。如果系统中存在大量的僵尸进程，可能会消耗进程 ID 的数量限制，导致无法创建新的进程。
资源浪费：虽然僵尸进程本身不会直接影响系统稳定性，但如果父进程没有正确处理子进程的退出状态，可能会导致父进程无法正常工作或异常终止，从而影响系统的稳定性。
安全风险：如果恶意程序利用僵尸进程的存在来进行攻击，可能会导致安全风险。例如，恶意程序可以通过创建大量的僵尸进程来耗尽系统资源，或者利用僵尸进程来隐藏自己的存在。

为了避免僵尸进程的危害，父进程应该正确处理子进程的退出状态。这可以通过调用 wait() 或 waitpid()函数来实现。当父进程调用这些函数时，它会等待子进程的退出，并获取其退出状态。通过及时处理子进程的退出状态，可以释放僵尸进程所占用的资源，保持系统的稳定性和性能。

孤儿进程

概念

孤儿进程（Orphan Process）是指父进程先于子进程结束，导致子进程的父进程变为系统进程（PID=1，称为一号进程）（通常是 init 进程或 systemd 进程），从而成为孤儿进程。

创建孤儿进程，并检测

下面的代码创建了孤儿进程，并可以通过指令来获取其信息：

int main()
{
    pid_t pid = fork();

    if (pid == -1)
    {
        // 创建子进程失败
        std::cerr << "failed to fork" << std::endl;
        return 1;
    }
    else if (pid == 0) // 子进程
    {
        // 子进程任务内容
        sleep(2); // 进程等待时间
        std::cout << "Child process: My PID is " << getpid() << std::endl;
        std::cout << "Child process: My parent's PID is " << getppid() << std::endl;

        while (1)
        {
            // 打印子进程进程号信息。
            printf("The child  process is running ! childpid=%d fatherpid=%d \n", getpid(), getppid());
            sleep(2);
        }
    }
    else // 父进程
    {
        std::cout << "Parent process: My PID is " << getpid() << std::endl;
        return 0; // 父进程立即退出，子进程变孤儿进程
    }
    return 0;
}