父进程和子进程


父进程

在计算机领域,父进程(英语:Parent Process)指已创建一个或多个子进程的进程。

UNIX


在UNIX里,除了进程0(即PID=0的交换进程,Swapper Process)以外的所有进程都是由其他进程使用系统调用fork创建的,这里调用fork创建新进程的进程即为父进程,而相对应的为其创建出的进程则为子进程,因而除了进程0以外的进程都只有一个父进程,但一个进程可以有多个子进程。

操作系统内核以进程标识符(Process Identifier,即PID)来识别进程。进程0是系统引导时创建的一个特殊进程,在其调用fork创建出一个子进程(即PID=1的进程1,又称init)后,进程0就转为交换进程(有时也被称为空闲进程),而进程1(init进程)就是系统里其他所有进程的祖先。

僵尸进程与孤儿进程


当一个子进程结束运行(一般是调用exit、运行时发生致命错误或收到终止信号所导致)时,子进程的退出状态(返回值)会回报给操作系统,系统则以SIGCHLD信号将子进程被结束的事件告知父进程,此时子进程的进程控制块(PCB)仍驻留在内存中。一般来说,收到SIGCHLD后,父进程会使用wait系统调用以获取子进程的退出状态,然后内核就可以从内存中释放已结束的子进程的PCB;而如若父进程没有这么做的话,子进程的PCB就会一直驻留在内存中,也即成为僵尸进程。

孤儿进程则是指父进程结束后仍在运行的子进程。在类UNIX系统中,孤儿进程一般会被init进程所“收养”,成为init的子进程。

为避免产生僵尸进程,实际应用中一般采取的方式是:

  1. 将父进程中对SIGCHLD信号的处理函数设为SIG_IGN(忽略信号);
  2. fork两次并杀死一级子进程,令二级子进程成为孤儿进程而被init所“收养”、清理。

Linux

在Linux内核中,进程和POSIX线程有着相当微小的区别,父进程的定义也与UNIX不尽相同。Linux有两种父进程,分别称为(形式)父进程与实际父进程,对于一个子进程来说,其父进程是在子进程结束时收取SIGCHLD信号的进程,而实际父进程则是在多线程环境里实际创建该子进程的进程。对于普通进程来说,父进程与实际父进程是同一个进程,但对于一个以进程形式存在的POSIX线程,父进程和实际父进程可能是不一样的。

 

子进程


在计算机领域中,子进程为由另外一个进程(对应称之为父进程)所创建的进程。子进程继承了父进程的大部分属性,例如文件描述符。

产生


在Unix中,子进程通常为系统调用fork的产物。在此情况下,子进程一开始就是父进程的副本,而在这之后,根据具体需要,子进程可以借助exec调用来链式加载另一程序。

与父进程的关系


一个进程可能下属多个子进程,但最多只能有1个父进程,而若某一进程没有父进程,则可知该进程很可能由内核直接生成。在Unix与类Unix系统中,进程ID为1的进程(即init进程)是在系统引导阶段由内核直接创建的,且不会在系统运行过程中终止执行(可参见Linux启动流程);而对于其他无父进程的进程,则可能是为在用户空间完成各种后台任务而执行的。

当某一子进程结束、中断或恢复执行时,内核会发送SIGCHLD信号予其父进程。在默认情况下,父进程会以SIG_IGN函数忽略之。

“孤儿进程”与“僵尸进程”


在对应的父进程结束执行后,进程就会变成孤儿进程,但之后会立即由init进程“收养”为其子进程。

某一子进程终止执行后,若其父进程未提前调用wait,则内核会持续保留子进程的退出状态等信息,以使父进程可以wait获取之。而因为在这种情况下,子进程虽已终止,但仍在消耗系统资源,所以其亦称僵尸进程。wait常于SIGCHLD信号的处理函数中调用。

解决与预防

在POSIX.1-2001标准规定中,父进程可将SIGCHLD的处理函数设为SIG_IGN(亦为默认设定),或为SIGCHLD设定SA_NOCLDWAIT标记,以使内核可以自动回收已终止的子进程的资源。自Linux 2.6与FreeBSD 5.0起,两种内核皆支持了这两种方式。但是,在忽略SIGCHLD信号的问题上,由于System V与BSD由来已久的差异,若要回收派生出的子进程的资源,调用wait仍是最便捷的方式。

 

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