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父進程和子進程

計算機 英語 操作系統 僵屍 領域

父進程

在計算機領域,父進程英語:Parent Process)指已創建一個或多個子進程的進程。

UNIX


UNIX裏,除了進程0(即PID=0的交換進程,Swapper Process)以外的所有進程都是由其他進程使用系統調用fork創建的,這裏調用fork創建新進程的進程即為父進程,而相對應的為其創建出的進程則為子進程,因而除了進程0以外的進程都只有一個父進程,但一個進程可以有多個子進程。

操作系統內核以進程標識符(Process Identifier,即PID)來識別進程。進程0是系統引導時創建的一個特殊進程,在其調用fork創建出一個子進程(即PID=1的進程1,又稱init)後,進程0就轉為交換進程(有時也被稱為空閑進程

),而進程1(init進程)就是系統裏其他所有進程的祖先。

僵屍進程與孤兒進程


當一個子進程結束運行(一般是調用exit、運行時發生致命錯誤或收到終止信號所導致)時,子進程的退出狀態(返回值)會回報給操作系統,系統則以SIGCHLD信號將子進程被結束的事件告知父進程,此時子進程的進程控制塊(PCB)仍駐留在內存中。一般來說,收到SIGCHLD後,父進程會使用wait系統調用以獲取子進程的退出狀態,然後內核就可以從內存中釋放已結束的子進程的PCB;而如若父進程沒有這麽做的話,子進程的PCB就會一直駐留在內存中,也即成為僵屍進程。

孤兒進程則是指父進程結束後仍在運行的子進程。在類UNIX系統中,孤兒進程一般會被init進程所“收養”,成為init的子進程。

為避免產生僵屍進程,實際應用中一般采取的方式是:

  1. 將父進程中對SIGCHLD信號的處理函數設為SIG_IGN(忽略信號);

  2. fork兩次並殺死一級子進程,令二級子進程成為孤兒進程而被init所“收養”、清理。

Linux

在Linux內核中,進程和POSIX線程有著相當微小的區別,父進程的定義也與UNIX不盡相同。Linux有兩種父進程,分別稱為(形式)父進程與實際父進程,對於一個子進程來說,其父進程是在子進程結束時收取SIGCHLD信號的進程,而實際父進程則是在多線程環境裏實際創建該子進程的進程。對於普通進程來說,父進程與實際父進程是同一個進程,但對於一個以進程形式存在的POSIX線程,父進程和實際父進程可能是不一樣的。

子進程


在計算機領域中,子進程為由另外一個進程(對應稱之為父進程)所創建的進程。子進程繼承了父進程的大部分屬性,例如文件描述符。

產生


在Unix中,子進程通常為系統調用fork的產物。在此情況下,子進程一開始就是父進程的副本,而在這之後,根據具體需要,子進程可以借助exec調用來鏈式加載另一程序。

與父進程的關系


一個進程可能下屬多個子進程,但最多只能有1個父進程,而若某一進程沒有父進程,則可知該進程很可能由內核直接生成。在Unix與類Unix系統中,進程ID為1的進程(即init進程)是在系統引導階段由內核直接創建的,且不會在系統運行過程中終止執行(可參見Linux啟動流程);而對於其他無父進程的進程,則可能是為在用戶空間完成各種後臺任務而執行的。

當某一子進程結束、中斷或恢復執行時,內核會發送SIGCHLD信號予其父進程。在默認情況下,父進程會以SIG_IGN函數忽略之。

“孤兒進程”與“僵屍進程”


在對應的父進程結束執行後,進程就會變成孤兒進程,但之後會立即由init進程“收養”為其子進程。

某一子進程終止執行後,若其父進程未提前調用wait,則內核會持續保留子進程的退出狀態等信息,以使父進程可以wait獲取之。而因為在這種情況下,子進程雖已終止,但仍在消耗系統資源,所以其亦稱僵屍進程。wait常於SIGCHLD信號的處理函數中調用。

解決與預防

在POSIX.1-2001標準規定中,父進程可將SIGCHLD的處理函數設為SIG_IGN(亦為默認設定),或為SIGCHLD設定SA_NOCLDWAIT標記,以使內核可以自動回收已終止的子進程的資源。自Linux 2.6與FreeBSD 5.0起,兩種內核皆支持了這兩種方式。但是,在忽略SIGCHLD信號的問題上,由於System V與BSD由來已久的差異,若要回收派生出的子進程的資源,調用wait仍是最便捷的方式。

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