如何避免 zombie process 的產生？－藍色情懷

如何避免 zombie process 的產生？

所謂zombie process(殭屍行程)的成因，在於某行程已結束，但其父行程(parent process)並未取得該行程之結束狀態，則該行程就會變成zombie process，直到其父行程呼叫wait()取得該行程結束狀態。用更精確的說法，來自Advanced Programming in the Unix Environment這本書：

The process that has terminated, but whose parent hasn't yet waited for it.

Zombie process會造成kernel內部有多餘的一筆process資料儲存，佔了一筆資料量(process id, termination status, the amount of CPU time taken by the process等等資訊)，但其卻已經結束了，若是系統load很高，造成的影響就更大了，譬如process數量到達上限，又發生有zombie process，可能就會產生無法執行程式的問題。因此我們必須避免zombie process的產生。

正常的multiprocess程式執行的流程，如下圖所示，parent process必須wait其子行程的結束。

下圖的情形，則會產生zombie process：在A還沒wait或exit之前，若B已結束，則這段時間內B就是zombie process了。

該如何避免zombie process呢？或許google一下也知道吧！由於Linux會在一個process的父行程結束時，自動把該行程的父行程變成init，也就是讓該process由init接管。因此，假設我們的父行程必須作自己的事情，並不想wait子行程結束而block時，我們可以利用兩次fork，讓第一次fork的process馬上結束，則第二次fork的grandchild將會自動變成init的子行程，這樣一來，最原先的行程將不必在作wait的動作，而該行程從此也跟第二次fork出來的行程毫無親屬關係了。兩者各作各的，誰先結束並不會影響對方。這就是fork兩次的用意：

如上圖所示，寫成程式大概會像是這樣(注意：裡面沒有錯誤處理的code)：

if pid = fork()

//parent waits for first child to exit
waitpid(pid);
parent does things here...

else
//child
if fork()
//child
exit;
else
//granchild
grandchild does things here...

	What is Process UNIX中Pocess代表一個具有獨立記憶空間、可單獨運作的”工作空間”(Program)，每一件系統或User的工作均由各種不同的process完成之
	Why Process UNIX中，很多resource的管理，必須藉由process的控制來完成UNIX每一個程序都有一個唯一的識別代號，我們稱之為程序代號(process id or pid)
	How Process Works 每一process在必要情況之下由其Parent Process產生，完成工作之後會自動釋放所有佔用的系統資源，結束並系開系統。
	Process的產生

fork-and-exec是UNIX中所有process運作的模式。系統bootup的時候，第一個被執行的process(程式)，其pid為1；經由fork-and-exec程序，啟動各個必要的process，而形成一個功能完整的作業系統。
狰
fork是UNIX一個系統呼叫(system call)，process fork時，會複製一個跟自己完全一模一樣的process (with different pid)，並利用系統呼叫完成之傳回值，來區分parent process 與child process，而分別賦予child process不同的功能。
process於程式執行過程中，利用exec執行另一不同的程式，這個程式並且會完全取代原有程式(with the same pid)。

Process的結束

process及child process。
如果因某些原因，parent process在其結束前即已不存在，此 process即成為所謂的Zombie process(or defunct process)，無法正常結束。

Child process通常會隨著parent process結束而結束，因此手動結束process “init”(系統第一個啟動的process, pid為1)，將會造成系統當機。(目前大部分的UNIX作業系統會禁止你手動停止init的執行)

Monitor Proces with Command : ps

You can always monitor process information currently running in the system, which including: process owner , CPU usage , memory(real & virtual) usage, command name, PID(Process ID) etc.

Monitor Process whith "ps"

[root@nmc ~]# ps

PID	TTY	TIME	CMD
19325	pts/0	00:00:00	login
19413	pts/0	00:00:00	su
19414	pts/0	00:00:00	tcsh
19442	pts/0	00:00:00	ps
19443	pts/0	00:00:00	awk

[root@nmc ~]# ps aux | more

USER	PID	%CPU	%MEM	VSZ	RSS	TTY	STAT	START	TIME	COMMAND
root	1	0.0	0.3	1120	472	?	S	Jul05	0:04	init
root	2	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[kflushd]
root	3	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:10	[kupdate]
root	4	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[kpiod]
root	5	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:01	[kswapd]
bin	319	0.0	0.3	1216	400	?	S	Jul05	0:00	portmap
root	333	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[lockd]
root	334	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[rpciod]
root	343	0.0	0.4	1164	516	?	S	Jul05	0:00	rpc.statd
root	396	0.0	0.3	1168	468	?	S	Jul05	0:05	syslogd
root	405	0.0	0.4	1348	612	?	S	Jul05	0:00	klogd
nobody	419	0.0	0.4	1300	540	?	S	Jul05	0:00	identd
nobody	422	0.0	0.4	1300	540	?	S	Jul05	0:00	identd
nobody	423	0.0	0.4	1300	540	?	S	Jul05	0:00	identd
nobody	425	0.0	0.4	1300	540	?	S	Jul05	0:00	identd
nobody	426	0.0	0.4	1300	540	?	S	Jul05	0:00	identd
daemon	437	0.0	0.2	1144	296	?	S	Jul05	0:00	/usr/sbin/atd
root	451	0.0	0.4	1328	564	?	S	Jul05	0:00	crond
root	469	0.0	0.3	1156	460	?	S	Jul05	0:01	inetd

[root@nmc ~]# ps aux --sort:pid | more

USER	PID	%CPU	%MEM	VSZ	RSS	TTY	STAT	START	TIME	COMMAND
root	1	0.0	0.3	1120	472	?	S	Jul05	0:04	init
root	2	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[kflushd]
root	3	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:10	[kupdate]
root	4	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[kpiod]
root	5	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:01	[kswapd]
bin	319	0.0	0.3	1216	400	?	S	Jul05	0:00	portmap
root	333	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[lockd]
root	334	0.0	0.0	0	0	?	SW	Jul05	0:00	[rpciod]
...

ps 各欄位意義
USER: Username of the process owner
PID: Process ID
%CPU: CPU time/elapsed time
%MEM: Fraction of system memory consumed
SIZE: Virtural memory used (K)
RSS: Real memory used
TTY: Terminal port associated with process
STAT: Process state
R Running
S Sleeping
I Idle
Z Zombie
START: Time or date process started
TIME: Total CPU time used
COMMAND: Command line being executed

Process的管理相關指令

kill [-s signal] pid --> Control Process With Signal

signal可以是singnal number或signal name，Linux 中支援的signal及其用途簡單描述如下：

Signal	Value	Comment
SIGHUP	1	Hangup detected on controlling terminal or death of controlling process
SIGINT	2	Interrupt from keyboard
SIGQUIT	3	Quit from keyboard
SIGILL	4	Illegal Instruction
SIGABRT	6	Abort signal from abort(3)
SIGFPE	8	Floating point exception
SIGKILL	9	Kill signal
SIGSEGV	11	Invalid memory reference
SIGPIPE	13	Broken pipe: write to pipe with no readers
SIGALRM	14	Timer signal from alarm(2)
SIGTERM	15	Termination signal

nice/renice -- Process Priority的改變

**UNIX Process共分40個等級 (-20 ~ 19)，優先等級較高者可以有比較高的CPU使用權。
**UNIX Process等級最高者為『-20』，最低者為『19』，預設值為『0』。

Specify Priority Before Program Submitted

[root@dragon1 /root]# myprogram1 &
-->為指定等級，myprogram1 Priority為 0

[root@dragon1 /root]# nice myprogram2 &
-->使用nice，未指定等級，myprogram2 Priority為10

[root@dragon1 /root]# nice -16 myprogram3 &
-->myprogram3 Priority為16

[root@dragon1 /root]# nice --14 myprogram4 &
-->myprogram4 Priority為-14

**一般user僅能降低屬於自己process的priority (from 0 to 19)
**Priority -20 ~ -1僅superuser可以指定

Change Process Priority After Submitted

[root@dragon1 /root]# renice -9 PID
-->將Process ID為PID的process priority 改為 -9

Monitor Proces with Command Utility : "top"
(top is not a standard UNIX Command)

[root@nmc ~]# top

3:56pm up 53 days, 22:03, 1 user, load average: 0.00, 0.00, 0.00
60 processes: 59 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped
CPU states: 0.7% user, 1.9% system, 0.0% nice, 97.2% idle
Mem: 128144K av, 124852K used, 3292K free, 60620K shrd, 82020K buff
Swap: 104412K av, 452K used, 103960K free15784K cached

PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT LIB %CPU %MEM TIME COMMAND

19512 root 15 0 860 860 664 R 0 2.9 0.6 0:00 top

1 root 0 0 472 472 400 S 0 0.0 0.3 0:04 init

2 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:00 kflushd

3 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:10 kupdate

4 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:00 kpiod

5 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:01 kswapd

319 bin 0 0 412 400 320 S 0 0.0 0.3 0:00 portmap

333 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:00 lockd

334 root 0 0 0 0 0 SW 0 0.0 0.0 0:00 rpciod

343 root 0 0 520 516 428 S 0 0.0 0.4 0:00 rpc.statd

396 root 0 0 472 468 376 S 0 0.0 0.3 0:05 syslogd

405 root 0 0 616 612 304 S 0 0.0 0.4 0:00 klogd

419 nobody 0 0 552 540 428 S 0 0.0 0.4 0:00 identd

422 nobody 0 0 552 540 428 S 0 0.0 0.4 0:00 identd

423 nobody 0 0 552 540 428 S 0 0.0 0.4 0:00 identd

425 nobody 0 0 552 540 428 S 0 0.0 0.4 0:00 identd

426 nobody 0 0 552 540 428 S 0 0.0 0.4 0:00 identd