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进程类型及其管理

在 Linux 系统中，进程管理是一个核心概念，了解进程的创建、管理与退出对系统性能调优以及问题诊断至关重要。本文将从进程链、进程扇、僵尸进程、守护进程和孤儿进程等方面展开讨论，帮助读者深入理解进程管理的细节。

一、进程链和进程扇

1.1 进程链

进程链的概念简单来说是：一个父进程创建多个子进程，每个子进程只能再创建一个子进程，直到进程终止。在这种模式下，父进程会等待其子进程中的一个进程终止后，继续创建下一个子进程。这种方式通常用于父进程对子进程的控制较为严格，确保子进程能够按照特定顺序运行。

1.2 进程扇

进程扇的概念与进程链相反。父进程可以创建多个子进程，而每个子进程在创建之后不会再创建新的进程。在这种模式下，父进程不会等待任何一个子进程终止，而是允许子进程同时运行。这种方式在处理大量并发请求时特别有效率。

1.3 进程链的实现示例

以下是一个经典的进程链创建示例，展示了如何实现进程链的效果：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      int main(int argc, char **argv) {    int counter = (argc < 2) ? 2 : atoi(argv[1]);    int i = 1; // 减去本身的进程号    pid_t pid;    for (; i < counter; ++i) {        pid = fork();        if (pid < 0) {            perror("fork error");            exit(1);        } else if (pid > 0) {            break;        }        sleep(2);    }    // 父进程退出循环，继续执行后续代码    printf("Current PID: %d, Parent PID: %d\n", getpid(), getppid());    return 0;}
     
    
   

1.4 进程扇的简要实现示例

以下是一个进程扇创建的示例代码：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      int main(int argc, char **argv) {    int counter = (argc < 2) ? 2 : atoi(argv[1]);    int i = 1; // 减去本身的进程号    pid_t pid;    for (; i < counter; ++i) {        pid = fork();        if (pid < 0) {            perror("fork error");            exit(1);        } else if (pid == 0) {            // 子进程不会再创建新的进程，直接退出            sleep(2);            break;        }    }    return 0;}
     
    
   

通过上述代码，父进程会创建 `counter` 个子进程，每个子进程在完成任务后退出，父进程不会等待任何一个子进程，也不会终止整个进程的运行。这种方式在并发处理任务时表现尤为优异。

二、僵尸进程

2.1 僵尸进程的概念

在 Unix/Linux 系统中，僵尸进程（Zombie Process）是指子进程在终止时没有正确释放内存资源（task_struct 结构没有被释放），导致父进程无法直接通过 `wait()` 或 `waitpid()` 等函数等待其终止。在这种情况下，僵尸进程会占用内存资源，影响系统性能。

2.2 僵尸进程的处理方法

为了防止僵尸进程对系统资源造成浪费，可以采取以下措施：

• 使用 `waitpid()` 函数并设置超时选项，在父进程退出之前不断查询子进程的状态。
• 在需要的时候，调用 `kill` 命令强制终止僵尸进程。
• 选择使用 `getsid()` 或 `setsid()` 来将父进程的会话组ID定为唯一（通常用于守护程序）。需要谨慎使用 sky walker（进程跟踪工具）来跟踪和处理僵尸进程。

2.3 僵尸进程的示例代码

以下是一个典型的僵尸进程生成并处理代码示例：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      int main(int argc, char **argv) {    pid_t child_pid;    int status;    if ((child_pid = fork()) == 0) {        // 编写子进程的代码        printf("子进程 PID: %d, 父进程 PID: %d\n", child_pid, getppid());        exit(0); // 子进程退出，成为僵尸进程    }    while (1) {        printf("父进程正在等待子进程终止...\n");        sleep(1); // 给父进程足够的时间去执行    }    return 0;}
     
    
   

在该代码中，父进程虽然调用了 `fork()` 创建了子进程，但未等待子进程的终止状态。在子进程退出后，可能会成为僵尸进程。为了检测僵尸进程，可以使用 `ps -ef | grep

三、守护进程和孤儿进程

3.1 守护进程（ Daemon ）

守护进程是一种特殊的进程，它的特点是：

• 以超级权限（ UID 0 ）运行。
• 通常在系统启动时就开始运行，并在系统关闭时终止。
• 没有控制终端界面，无法交互用户输入输出。
• 其父进程通常是 init 进程。

典型的守护进程用于监控系统资源、提供系统服务等场景，例如 `nginx`、` sshd` 等。

3.2 孤儿进程（ Orphaned Process ）

孤儿进程是指父进程已经终止，但子进程仍然运行的进程。当父进程退出后，系统会将孤儿进程转交给 init 进程（也就是 1 号进程），由 init 进程继续管理。孤儿进程的父进程在系统中通常会被 init 轮流处理和回收，防止僵尸进程的残留。

3.3 孤儿进程的例子

以下是一个生成孤儿进程的示例代码：

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      int main(int argc, char **argv) {    int i = 1; // 减去本进程号    pid_t pid;    for (; i < 5; ++i) {        pid = fork();        if (pid < 0) {            printf("fork 失败!\n");            exit(1);        } else if (pid > 0) {            // 父进程立即退出            exit(0);        } else {            // 子进程睡眠，假设有异常情况后父进程退出，子进程成为孤儿进程            sleep(10);        }    }    return 0;}
     
    
   

在该代码中，父进程很快退出，子进程会成为孤儿进程，由 init 进程继续回收。通过运行此程序，可以直观地观察系统如何管理孤儿进程。