谈谈守护进程与僵尸进程

winston

04年时维护的第一个商业服务就用了两次fork产生守护进程的做法，前两天在网上看到许多帖子以及一些unix书籍，认为一次fork后产生守护进程足够了，各有道理吧，不过多了一次fork到底是出于什么目的呢？

进程也就是task，看看内核里维护进程的数据结构task_struct，这里有两个成员：

2. struct task_struct {
3.         volatile long state;
4.         int exit_state;
5.         ...
6. }

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看看include/linux/sched.h里的value取值：

2. #define TASK_RUNNING                0
3. #define TASK_INTERRUPTIBLE        1
4. #define TASK_UNINTERRUPTIBLE        2
5. #define __TASK_STOPPED                4
6. #define __TASK_TRACED                8
7. /* in tsk->exit_state */
8. #define EXIT_ZOMBIE                16
9. #define EXIT_DEAD                32
10. /* in tsk->state again */
11. #define TASK_DEAD                64
12. #define TASK_WAKEKILL                128
13. #define TASK_WAKING                256
14. #define TASK_STATE_MAX                512

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可以看到，进程状态里除了大家都理解的running/interuptible/uninterruptible/stop等状态外，还有一个ZOMBIE状态，这个状态是怎么回事呢？


这是因为linux里的进程都属于一颗树，树的根结点是linux系统初始化结束阶段时启动的init进程，这个进程的pid是1，所有的其他进程都是它的子孙。除了init，任何进程一定有他的父进程，而父进程会负责分配（fork）、回收（wait4）它申请的进程资源。这个树状关系也比较健壮，当某个进程还在运行时，它的父进程却退出了，这个进程却没有成为孤儿进程，因为linux有一个机制，init进程会接管它，成为它的父进程。这也是守护进程的由来了，因为守护进程的其中一个要求就是希望init成为守护进程的父进程。

如果某个进程自身终止了，在调用exit清理完相关的内容文件等资源后，它就会进入ZOMBIE状态，它的父进程会调用wait4来回收这个task_struct，但是，如果父进程一直没有调用wait4去释放子进程的task_struct，问题就来了，这个task_struct谁来回收呢？永远没有人，除非父进程终止后，被init进程接管这个ZOMBIE进程，然后调用wait4来回收进程描述符。如果父进程一直在运行着，这个ZOMBIE会永远的占用系统资源，用KILL发任何信号量也不能释放它。这是很可怕的，因为服务器上可能会出现无数ZOMBIE进程导致机器挂掉。

来看看内核代码吧。进程在退出时执行sys_exit（C程序里在main函数返回会执行到），而它会调用do_exit，do_exit首先清理进程使用的资源，然后调用exit_notify方法，将进程置为僵尸ZOMBIE状态，决定是否要以init进程做为当前进程的父进程，最后通知当前进程的父进程：
kernel/exit.c

2. static void exit_notify(struct task_struct *tsk)
3. {
4.         int state;
5.         struct task_struct *t;
6.         struct list_head ptrace_dead, *_p, *_n;
8.         if (signal_pending(tsk) && !tsk->signal->group_exit
9.             && !thread_group_empty(tsk)) {
10.                 /*
11.                  * This occurs when there was a race between our exit
12.                  * syscall and a group signal choosing us as the one to
13.                  * wake up.  It could be that we are the only thread
14.                  * alerted to check for pending signals, but another thread
15.                  * should be woken now to take the signal since we will not.
16.                  * Now we'll wake all the threads in the group just to make
17.                  * sure someone gets all the pending signals.
18.                  */
19.                 read_lock(&tasklist_lock);
20.                 spin_lock_irq(&tsk->sighand->siglock);
21.                 for (t = next_thread(tsk); t != tsk; t = next_thread(t))
22.                         if (!signal_pending(t) && !(t->flags & PF_EXITING)) {
23.                                 recalc_sigpending_tsk(t);
24.                                 if (signal_pending(t))
25.                                         signal_wake_up(t, 0);
26.                         }
27.                 spin_unlock_irq(&tsk->sighand->siglock);
28.                 read_unlock(&tasklist_lock);
29.         }
31.         write_lock_irq(&tasklist_lock);
33.         /*
34.          * This does two things:
35.          *
36.            * A.  Make init inherit all the child processes
37.          * B.  Check to see if any process groups have become orphaned
38.          *        as a result of our exiting, and if they have any stopped
39.          *        jobs, send them a SIGHUP and then a SIGCONT.  (POSIX 3.2.2.2)
40.          */
42.         INIT_LIST_HEAD(&ptrace_dead);
43.         forget_original_parent(tsk, &ptrace_dead);
44.         BUG_ON(!list_empty(&tsk->children));
45.         BUG_ON(!list_empty(&tsk->ptrace_children));
47.         /*
48.          * Check to see if any process groups have become orphaned
49.          * as a result of our exiting, and if they have any stopped
50.          * jobs, send them a SIGHUP and then a SIGCONT.  (POSIX 3.2.2.2)
51.          *
52.          * Case i: Our father is in a different pgrp than we are
53.          * and we were the only connection outside, so our pgrp
54.          * is about to become orphaned.
55.          */
56.          
57.         t = tsk->real_parent;
58.        
59.         if ((process_group(t) != process_group(tsk)) &&
60.             (t->signal->session == tsk->signal->session) &&
61.             will_become_orphaned_pgrp(process_group(tsk), tsk) &&
62.             has_stopped_jobs(process_group(tsk))) {
63.                 __kill_pg_info(SIGHUP, (void *)1, process_group(tsk));
64.                 __kill_pg_info(SIGCONT, (void *)1, process_group(tsk));
65.         }
67.         /* Let father know we died
68.          *
69.          * Thread signals are configurable, but you aren't going to use
70.          * that to send signals to arbitary processes.
71.          * That stops right now.
72.          *
73.          * If the parent exec id doesn't match the exec id we saved
74.          * when we started then we know the parent has changed security
75.          * domain.
76.          *
77.          * If our self_exec id doesn't match our parent_exec_id then
78.          * we have changed execution domain as these two values started
79.          * the same after a fork.
80.          *       
81.          */
82.        
83.         if (tsk->exit_signal != SIGCHLD && tsk->exit_signal != -1 &&
84.             ( tsk->parent_exec_id != t->self_exec_id  ||
85.               tsk->self_exec_id != tsk->parent_exec_id)
86.             && !capable(CAP_KILL))
87.                 tsk->exit_signal = SIGCHLD;
90.         /* If something other than our normal parent is ptracing us, then
91.          * send it a SIGCHLD instead of honoring exit_signal.  exit_signal
92.          * only has special meaning to our real parent.
93.          */
94.         if (tsk->exit_signal != -1 && thread_group_empty(tsk)) {
95.                 int signal = tsk->parent == tsk->real_parent ? tsk->exit_signal : SIGCHLD;
96.                 do_notify_parent(tsk, signal);
97.         } else if (tsk->ptrace) {
98.                 do_notify_parent(tsk, SIGCHLD);
99.         }
101.         state = EXIT_ZOMBIE;
102.         if (tsk->exit_signal == -1 && tsk->ptrace == 0)
103.                 state = EXIT_DEAD;
104.         tsk->exit_state = state;
106.         /*
107.          * Clear these here so that update_process_times() won't try to deliver
108.          * itimer, profile or rlimit signals to this task while it is in late exit.
109.          */
110.         tsk->it_virt_value = 0;
111.         tsk->it_prof_value = 0;
113.         write_unlock_irq(&tasklist_lock);
115.         list_for_each_safe(_p, _n, &ptrace_dead) {
116.                 list_del_init(_p);
117.                 t = list_entry(_p,struct task_struct,ptrace_list);
118.                 release_task(t);
119.         }
121.         /* If the process is dead, release it - nobody will wait for it */
122.         if (state == EXIT_DEAD)
123.                 release_task(tsk);
125.         /* PF_DEAD causes final put_task_struct after we schedule. */
126.         preempt_disable();
127.         tsk->flags |= PF_DEAD;
128. }

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大家可以看到这段内核代码的注释非常全。forget_original_parent这个函数还会把该进程的所有子孙进程重设父进程，交给init进程接管。


回过头来，看看为什么守护进程要fork两次。这里有一个假定，父进程生成守护进程后，还有自己的事要做，它的人生意义并不只是为了生成守护进程。这样，如果父进程fork一次创建了一个守护进程，然后继续做其它事时阻塞了，这时守护进程一直在运行，父进程却没有正常退出。如果守护进程因为正常或非正常原因退出了，就会变成ZOMBIE进程。
如果fork两次呢？父进程先fork出一个儿子进程，儿子进程再fork出孙子进程做为守护进程，然后儿子进程立刻退出，守护进程被init进程接管，这样无论父进程做什么事，无论怎么被阻塞，都与守护进程无关了。所以，fork两次的守护进程很安全，避免了僵尸进程出现的可能性。作者：russell_tao 发表于2011-12-21 11:00:13 原文链接