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