基本概念
我們知道在unix/linux中，正常情況下，子進程是通過父進程創(chuàng)建的，子進程在創(chuàng)建新的進程。子進程的結(jié)束和父進程的運行是一個異步過程,即父進程永遠無法預測子進程 到底什么時候結(jié)束。 當一個 進程完成它的工作終止之后，它的父進程需要調(diào)用wait()或者waitpid()系統(tǒng)調(diào)用取得子進程的終止狀態(tài)。
孤兒進程
一個父進程退出，而它的一個或多個子進程還在運行，那么那些子進程將成為孤兒進程。孤兒進程將被init進程(進程號為1)所收養(yǎng)，并由init進程對它們完成狀態(tài)收集工作。
僵尸進程
一個進程使用fork創(chuàng)建子進程，如果子進程退出，而父進程并沒有調(diào)用wait或waitpid獲取子進程的狀態(tài)信息，那么子進程的進程描述符仍然保存在系統(tǒng)中。這種進程稱之為僵死進程。
問題及危害
unix提供了一種機制可以保證只要父進程想知道子進程結(jié)束時的狀態(tài)信息， 就可以得到。這種機制就是: 在每個進程退出的時候,內(nèi)核釋放該進程所有的資源,包括打開的文件,占用的內(nèi)存等。 但是仍然為其保留一定的信息(包括進程號the process ID,退出狀態(tài)the termination status of the process,運行時間the amount of CPU time taken by the process等)。直到父進程通過wait / waitpid來取時才釋放。 但這樣就導致了問題，如果進程不調(diào)用wait / waitpid的話， 那么保留的那段信息就不會釋放，其進程號就會一直被占用，但是系統(tǒng)所能使用的進程號是有限的，如果大量的產(chǎn)生僵死進程，將因為沒有可用的進程號而導致系統(tǒng)不能產(chǎn)生新的進程. 此即為僵尸進程的危害，應當避免。
孤兒進程是沒有父進程的進程，孤兒進程這個重任就落到了init進程身上，init進程就好像是一個民政局，專門負責處理孤兒進程的善后工作。每當出現(xiàn)一個孤兒進程的時候，內(nèi)核就把孤 兒進程的父進程設置為init，而init進程會循環(huán)地wait()它的已經(jīng)退出的子進程。這樣，當一個孤兒進程凄涼地結(jié)束了其生命周期的時候，init進程就會代表黨和政府出面處理它的一切善后工作。因此孤兒進程并不會有什么危害。
任何一個子進程(init除外)在exit()之后，并非馬上就消失掉，而是留下一個稱為僵尸進程(Zombie)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，等待父進程處理。這是每個 子進程在結(jié)束時都要經(jīng)過的階段。如果子進程在exit()之后，父進程沒有來得及處理，這時用ps命令就能看到子進程的狀態(tài)是“Z”。如果父進程能及時 處理，可能用ps命令就來不及看到子進程的僵尸狀態(tài)，但這并不等于子進程不經(jīng)過僵尸狀態(tài)。 如果父進程在子進程結(jié)束之前退出，則子進程將由init接管。init將會以父進程的身份對僵尸狀態(tài)的子進程進行處理。
僵尸進程危害場景
例如有個進程，它定期的產(chǎn) 生一個子進程，這個子進程需要做的事情很少，做完它該做的事情之后就退出了，因此這個子進程的生命周期很短，但是，父進程只管生成新的子進程，至于子進程 退出之后的事情，則一概不聞不問，這樣，系統(tǒng)運行上一段時間之后，系統(tǒng)中就會存在很多的僵死進程，倘若用ps命令查看的話，就會看到很多狀態(tài)為Z的進程。 嚴格地來說，僵死進程并不是問題的根源，罪魁禍首是產(chǎn)生出大量僵死進程的那個父進程。因此，當我們尋求如何消滅系統(tǒng)中大量的僵死進程時，答案就是把產(chǎn)生大 量僵死進程的那個元兇槍斃掉（也就是通過kill發(fā)送SIGTERM或者SIGKILL信號啦）。槍斃了元兇進程之后，它產(chǎn)生的僵死進程就變成了孤兒進 程，這些孤兒進程會被init進程接管，init進程會wait()這些孤兒進程，釋放它們占用的系統(tǒng)進程表中的資源，這樣，這些已經(jīng)僵死的孤兒進程 就能瞑目而去了。
孤兒進程和僵尸進程測試
1、孤兒進程被init進程收養(yǎng)
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 顯示父進程的進程ID，這個函數(shù)可以是getmypid()，也可以用posix_getpid()
echo "Father PID:" . getmypid() . PHP_EOL;
// 讓父進程停止兩秒鐘，在這兩秒內(nèi)，子進程的父進程ID還是這個父進程
sleep(2);
} else if (0 == $pid) {
// 讓子進程循環(huán)10次，每次睡眠1s，然后每秒鐘獲取一次子進程的父進程進程ID
for ($i = 1; $i = 10; $i++) {
sleep(1);
// posix_getppid()函數(shù)的作用就是獲取當前進程的父進程進程ID
echo posix_getppid() . PHP_EOL;
}
} else {
echo "fork error." . PHP_EOL;
}
測試結(jié)果：
php daemo001.php
Father PID:18046
18046
18046
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ 1
1
1
1
1
1
1
1
2、僵尸進程和危害
執(zhí)行以下代碼 php zombie1.php
$pid = pcntl_fork();
if( $pid > 0 ){
// 下面這個函數(shù)可以更改php進程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 讓主進程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if( 0 == $pid ) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進程休息10秒鐘，但是進程結(jié)束后，父進程不對子進程做任何處理工作，這樣這個子進程就會變成僵尸進程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.'.PHP_EOL);
}
執(zhí)行結(jié)果，另外一個終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18458 0.5 1.2 204068 25920 pts/1 S+ 16:34 0:00 php father process
www 18459 0.0 0.3 204068 6656 pts/1 S+ 16:34 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18458 0.0 1.2 204068 25920 pts/1 S+ 16:34 0:00 php father process
www 18459 0.0 0.0 0 0 pts/1 Z+ 16:34 0:00 [php] defunct>
通過執(zhí)行 ps -aux 命令可以看到，當程序在前十秒內(nèi)運行的時候，php child process 的狀態(tài)列為 [S+]，然而在十秒鐘過后，這個狀態(tài)變成了 [Z+]，也就是變成了危害系統(tǒng)的僵尸進程。
那么，問題來了？如何避免僵尸進程呢？
PHP通過 pcntl_wait() 和 pcntl_waitpid() 兩個函數(shù)來幫我們解決這個問題。了解Linux系統(tǒng)編程的應該知道，看名字就知道這其實就是PHP把C語言中的 wait() 和 waitpid() 包裝了一下。
通過代碼演示 pcntl_wait() 來避免僵尸進程。
pcntl_wait() 函數(shù)：
這個函數(shù)的作用就是 “ 等待或者返回子進程的狀態(tài) ”，當父進程執(zhí)行了該函數(shù)后，就會阻塞掛起等待子進程的狀態(tài)一直等到子進程已經(jīng)由于某種原因退出或者終止。
換句話說就是如果子進程還沒結(jié)束，那么父進程就會一直等等等，如果子進程已經(jīng)結(jié)束，那么父進程就會立刻得到子進程狀態(tài)。這個函數(shù)返回退出的子進程的進程 ID 或者失敗返回 -1。
執(zhí)行以下代碼 zombie2.php
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個函數(shù)可以更改php進程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回$wait_result，就是子進程的進程號，如果子進程已經(jīng)是僵尸進程則為0
// 子進程狀態(tài)則保存在了$status參數(shù)中，可以通過pcntl_wexitstatus()等一系列函數(shù)來查看$status的狀態(tài)信息是什么
$wait_result = pcntl_wait($status);
print_r($wait_result);
print_r($status);
// 讓主進程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進程休息10秒鐘，但是進程結(jié)束后，父進程不對子進程做任何處理工作，這樣這個子進程就會變成僵尸進程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
在另外一個終端中通過ps -aux查看，可以看到在前十秒內(nèi)，php child process 是 [S+] 狀態(tài)，然后十秒鐘過后進程消失了，也就是被父進程回收了，沒有變成僵尸進程。
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18519 0.5 1.2 204068 25576 pts/1 S+ 16:42 0:00 php father process
www 18520 0.0 0.3 204068 6652 pts/1 S+ 16:42 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18519 0.0 1.2 204068 25576 pts/1 S+ 16:42 0:00 php father process
但是，pcntl_wait() 有個很大的問題，就是阻塞。父進程只能掛起等待子進程結(jié)束或終止，在此期間父進程什么都不能做，這并不符合多快好省原則，所以 pcntl_waitpid() 閃亮登場。pcntl_waitpid( pid, status, $option = 0 )的第三個參數(shù)如果設置為WNOHANG，那么父進程不會阻塞一直等待到有子進程退出或終止，否則將會和pcntl_wait()的表現(xiàn)類似。
修改第三個案例的代碼，但是，我們并不添加WNOHANG，演示說明pcntl_waitpid()功能：
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個函數(shù)可以更改php進程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回值保存在$wait_result中
// $pid參數(shù)表示 子進程的進程ID
// 子進程狀態(tài)則保存在了參數(shù)$status中
// 將第三個option參數(shù)設置為常量WNOHANG，則可以避免主進程阻塞掛起，此處父進程將立即返回繼續(xù)往下執(zhí)行剩下的代碼
$wait_result = pcntl_waitpid($pid, $status);
var_dump($wait_result);
var_dump($status);
// 讓主進程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進程休息10秒鐘，但是進程結(jié)束后，父進程不對子進程做任何處理工作，這樣這個子進程就會變成僵尸進程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
下面是運行結(jié)果，一個執(zhí)行php zombie3.php 程序的終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ php zombie3.php
int(18586)
int(0)
^C
ctrl-c 發(fā)送 SIGINT 信號給前臺進程組中的所有進程。常用于終止正在運行的程序。
下面是ps -aux終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.3 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www 18606 0.0 0.3 204068 6636 pts/1 S+ 16:52 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.1 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18605 0.0 1.2 204068 25756 pts/1 S+ 16:52 0:00 php father process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php // ctrl-c 后不再被阻塞
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$
實際上可以看到主進程是被阻塞的，一直到第十秒子進程退出了，父進程不再阻塞
修改第四段代碼，添加第三個參數(shù)WNOHANG，代碼如下：
$pid = pcntl_fork();
if ($pid > 0) {
// 下面這個函數(shù)可以更改php進程的名稱
cli_set_process_title('php father process');
// 返回值保存在$wait_result中
// $pid參數(shù)表示 子進程的進程ID
// 子進程狀態(tài)則保存在了參數(shù)$status中
// 將第三個option參數(shù)設置為常量WNOHANG，則可以避免主進程阻塞掛起，此處父進程將立即返回繼續(xù)往下執(zhí)行剩下的代碼
$wait_result = pcntl_waitpid($pid, $status, WNOHANG);
var_dump($wait_result);
var_dump($status);
echo "不阻塞，運行到這里" . PHP_EOL;
// 讓主進程休息60秒鐘
sleep(60);
} else if (0 == $pid) {
cli_set_process_title('php child process');
// 讓子進程休息10秒鐘，但是進程結(jié)束后，父進程不對子進程做任何處理工作，這樣這個子進程就會變成僵尸進程
sleep(10);
} else {
exit('fork error.' . PHP_EOL);
}
執(zhí)行 php zombie4.php
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~/test$ php zombie4.php
int(0)
int(0)
不阻塞，運行到這里
另一個ps -aux終端窗口
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18672 0.3 1.2 204068 26284 pts/1 S+ 17:00 0:00 php father process
www 18673 0.0 0.3 204068 6656 pts/1 S+ 17:00 0:00 php child process
www@iZ2zec3dge6rwz2uw4tveuZ:~$ ps -aux|grep -v "grep\|nginx\|php-fpm" | grep php
www 18672 0.0 1.2 204068 26284 pts/1 S+ 17:00 0:00 php father process
www 18673 0.0 0.0 0 0 pts/1 Z+ 17:00 0:00 [php] defunct>
實際上可以看到主進程是被阻塞的，一直到第十秒子進程退出了，父進程不再阻塞。
問題出現(xiàn)了，竟然php child process進程狀態(tài)竟然變成了[Z+]，這是怎么搞得？回頭分析一下代碼：
我們看到子進程是睡眠了十秒鐘，而父進程在執(zhí)行pcntl_waitpid()之前沒有任何睡眠且本身不再阻塞，所以，主進程自己先執(zhí)行下去了，而子進程在足足十秒鐘后才結(jié)束，進程狀態(tài)自然無法得到回收。
如果我們將代碼修改一下，就是在主進程的pcntl_waitpid()前睡眠15秒鐘，這樣就可以回收子進程了。但是即便這樣修改，細心想的話還是會有個問題，那就是在子進程結(jié)束后，在父進程執(zhí)行pcntl_waitpid()回收前，有五秒鐘的時間差，在這個時間差內(nèi)，php child process也將會是僵尸進程。那么，pcntl_waitpid()如何正確使用??？這樣用，看起來畢竟不太科學。
那么，是時候引入信號學了！
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