僵尸进程与SIGCHLD信号

什么是僵尸进程？

首先内核会释放终止进程(调用了exit系统调用)所使用的所有存储区，关闭所有打开的文件等，但内核为每一个终止子进程保存了一定量的信息。这些信息至少包括进程ID，进程的终止状态，以及该进程使用的CPU时间，所以当终止子进程的父进程调用wait或waitpid时就可以得到这些信息。

而僵尸进程就是指：一个进程执行了exit系统调用退出，而其父进程并没有为它收尸(调用wait或waitpid来获得它的结束状态)的进程。

任何一个子进程(init除外)在exit后并非马上就消失，而是留下一个称外僵尸进程的数据结构，等待父进程处理。这是每个子进程都必需经历的阶段。另外子进程退出的时候会向其父进程发送一个SIGCHLD信号。

僵尸进程的目的？

设置僵死状态的目的是维护子进程的信息，以便父进程在以后某个时候获取。这些信息至少包括进程ID，进程的终止状态，以及该进程使用的CPU时间，所以当终止子进程的父进程调用wait或waitpid时就可以得到这些信息。如果一个进程终止，而该进程有子进程处于僵尸状态，那么它的所有僵尸子进程的父进程ID将被重置为1（init进程）。继承这些子进程的init进程将清理它们（也就是说init进程将wait它们，从而去除它们的僵尸状态）。

如何避免僵尸进程？

  1、通过signal(SIGCHLD, SIG_IGN)通知内核对子进程的结束不关心，由内核回收。如果不想让父进程挂起，可以在父进程中加入一条语句：signal(SIGCHLD,SIG_IGN);表示父进程忽略SIGCHLD信号，该信号是子进程退出的时候向父进程发送的。
    2、父进程调用wait/waitpid等函数等待子进程结束，如果尚无子进程退出wait会导致父进程阻塞。waitpid可以通过传递WNOHANG使父进程不阻塞立即返回。
    3、如果父进程很忙可以用signal注册信号处理函数，在信号处理函数调用wait/waitpid等待子进程退出。
    4、通过两次调用fork。父进程首先调用fork创建一个子进程然后waitpid等待子进程退出，子进程再fork一个孙进程后退出。这样子进程退出后会被父进程等待回收，而对于孙子进程其父进程已经退出所以孙进程成为一个孤儿进程，孤儿进程由init进程接管，孙进程结束后，init会等待回收。

第一种方法忽略SIGCHLD信号，这常用于并发服务器的性能的一个技巧因为并发服务器常常fork很多子进程，子进程终结之后需要服务器进程去wait清理资源。如果将此信号的处理方式设为忽略，可让内核把僵尸子进程转交给init进程去处理，省去了大量僵尸进程占用系统资源。

　　如果服务器端因为客户端的关闭，循环开启的处理子进程会成为僵尸进程。当有5个子进程退出，就会有5个SIGCHLD  信号发给父进程。当第一个信号过来，父进程处于sighandler过程，在此过程中，若有其他信号过来，信号（不可靠信号）会丢失，只排队一个。所以最终只会处理两个SIGCHLD信号，剩3个僵尸进程；若是5个一起来，可能只处理第一个（剩4个僵尸进程）。用while解决

/*
服务端每次会fork一个子进程处理客户单请求，每个客户端断开连接，会有一个子进程成为僵尸进程（父进程不处理的话）
*/

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<signal.h>
#include<sys/wait.h>
#define ERR_EXIT(m)\
    do\
    {\
        perror(m);\
        exit(EXIT_FAILURE);\
    }while(0)
ssize_t readn(int fd,void *buf,size_t count)
{
    size_t nleft=count;
    ssize_t nread;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(nleft>0)
    {
        if((nread=read(fd,bufp,nleft))<0)
        {
            if(errno==EINTR)
                continue;
            else
                return -1;
        }
        else if(nread==0)
            return (count-nleft);
        bufp+=nread;
        nleft-=nread;
    }
    return count;
}
ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft=count;
    ssize_t nwritten;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(nleft>0)
    {
        if((nwritten=write(fd,bufp,nleft))<=0)
        {
            if(errno==EINTR)
                continue;
            return -1;
        }else if(nwritten==0)
            continue;
        bufp+=nwritten;
        nleft-=nwritten;
    }
    return count;

}
ssize_t recv_peek(int sockfd,void *buf,size_t len)
{
    while(1)
    {
        int ret=recv(sockfd,buf,len,MSG_PEEK);//从sockfd读取内容到buf,但不去清空sockfd,偷窥
        if(ret==-1&&errno==EINTR)
            continue;
        return ret;
    }
}
//偷窥方案实现readline避免一次读取一个字符
ssize_t readline(int sockfd,void * buf,size_t maxline)
{
    int ret;
    int nread;
    size_t nleft=maxline;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(1)
    {
        ret=recv_peek(sockfd,bufp,nleft);//不清除sockfd,只是窥看
        if(ret<0)
            return ret;
        else if(ret==0)
            return ret;
        nread=ret;
        int i;
        for(i=0;i<nread;i++)
        {
            if(bufp[i]=='\n')
            {
                ret=readn(sockfd,bufp,i+1);//读出sockfd中的一行并且清空
                if(ret!=i+1)
                    exit(EXIT_FAILURE);
                return ret;
            }
        }
        if(nread>nleft)
            exit(EXIT_FAILURE);
        nleft-=nread;
        ret=readn(sockfd,bufp,nread);
        if(ret!=nread)
            exit(EXIT_FAILURE);
        bufp+=nread;//移动指针继续窥看
    }
    return -1;
}
void echo_srv(int conn)
{
        int ret;
        char recvbuf[1024];
        while(1)
        {
            memset(&recvbuf,0,sizeof(recvbuf));
            //使用readn之后客户端发送的数据不足1024会阻塞
            //在客户端程序中确定消息的边界，发送定长包
            ret=readline(conn,recvbuf,1024);
            //客户端关闭
            if(ret==-1)
                ERR_EXIT("readline");
            else if(ret==0)
            {
                printf("client close\n");
                break;//不用继续循环等待客户端数据
            }
            fputs(recvbuf,stdout);
            writen(conn,recvbuf,strlen(recvbuf));
        }
}
void handle_sigchld(int sig)
{
    //法一 ：只能等待第一个，不能等待所有的子进程，通常剩余3个僵尸进程。剩余3个说明不可靠信号排队一个
    //wait(NULL);
    //当没有子进程退出，返回-1
    while(waitpid(-1,NULL, WNOHANG)>0)
        ;//pid==-1等待所有子进程结束。等到一个子进程返回值大于0
}
int main(void)
{
    //方法一：
    //signal(SIGCHLD,SIG_IGN);//父进程忽略子进程终止信号，解决僵尸进程
    /*方法二 */
    signal(SIGCHLD,handle_sigchld);
    int listenfd;
    if((listenfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))<0)
        ERR_EXIT("socket error");
    //if((listenfd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)

    //本地协议地址赋给一个套接字
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family=AF_INET;
    servaddr.sin_port=htons(5188);
    servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//表示本机地址

    //开启地址重复使用,关闭服务器再打开不用等待TIME_WAIT
    int on=1;
    if(setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on))<0)
        ERR_EXIT("setsockopt error");
    //绑定本地套接字
    if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)
        ERR_EXIT("bind error");
    if(listen(listenfd,SOMAXCONN)<0)//设置监听套接字(被动套接字)
        ERR_EXIT("listen error");

    struct sockaddr_in peeraddr;//对方套接字地址
    socklen_t peerlen=sizeof(peeraddr);
    int conn;//已连接套接字(主动套接字)
    pid_t pid;
    while(1){
        if((conn=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&peeraddr,&peerlen))<0)
            ERR_EXIT("accept error");
        //连接好之后就构成连接，端口是客户端的。peeraddr是对端
        printf("ip=%s port=%d\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));
        pid=fork();
        if(pid==-1)
            ERR_EXIT("fork");
        if(pid==0){
                close(listenfd);
                echo_srv(conn);
                //某个客户端关闭，结束该子进程,否则子进程也去接受连接
                //虽然结束了exit退出，但是内核还保留了其信息，父进程并未为其收尸。
                exit(EXIT_SUCCESS);
        }else     close(conn);
    }
    return 0;
}
 

//客户端：建立5个连接请求服务端，再关闭。

//五个客户端去连接并发服务器
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<signal.h>
#define ERR_EXIT(m)\
    do\
    {\
        perror(m);\
        exit(EXIT_FAILURE);\
    }while(0)
ssize_t readn(int fd,void *buf,size_t count)
{
    size_t nleft=count;
    ssize_t nread;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(nleft>0)
    {
        if((nread=read(fd,bufp,nleft))<0)
        {
            if(errno==EINTR)
                continue;
            else
                return -1;
        }
        else if(nread==0)
            return (count-nleft);
        bufp+=nread;
        nleft-=nread;
    }
    return count;
}
ssize_t writen(int fd, const void *buf, size_t count)
{
    size_t nleft=count;
    ssize_t nwritten;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(nleft>0)
    {
        if((nwritten=write(fd,bufp,nleft))<=0)
        {
            if(errno==EINTR)
                continue;
            return -1;
        }else if(nwritten==0)
            continue;
        bufp+=nwritten;
        nleft-=nwritten;
    }
    return count;

}
ssize_t recv_peek(int sockfd,void *buf,size_t len)
{
    while(1)
    {
        int ret=recv(sockfd,buf,len,MSG_PEEK);//从sockfd读取内容到buf,但不去清空sockfd,偷窥
        if(ret==-1&&errno==EINTR)
            continue;
        return ret;
    }
}
//偷窥方案实现readline避免一次读取一个字符
ssize_t readline(int sockfd,void * buf,size_t maxline)
{
    int ret;
    int nread;
    size_t nleft=maxline;
    char *bufp=(char*)buf;
    while(1)
    {
        ret=recv_peek(sockfd,bufp,nleft);//不清除sockfd,只是窥看
        if(ret<0)
            return ret;
        else if(ret==0)
            return ret;
        nread=ret;
        int i;
        for(i=0;i<nread;i++)
        {
            if(bufp[i]=='\n')
            {
                ret=readn(sockfd,bufp,i+1);//读出sockfd中的一行并且清空
                if(ret!=i+1)
                    exit(EXIT_FAILURE);
                return ret;
            }
        }
        if(nread>nleft)
            exit(EXIT_FAILURE);
        nleft-=nread;
        ret=readn(sockfd,bufp,nread);
        if(ret!=nread)
            exit(EXIT_FAILURE);
        bufp+=nread;//移动指针继续窥看
    }
    return -1;
}
void echo_cli(int sock)
{
    char sendbuf[1024]={0};
    char recvbuf[1024]={0};
    while(fgets(sendbuf,sizeof(sendbuf),stdin)!=NULL)//默认有换行符
    {
        writen(sock,sendbuf,strlen(sendbuf));
        int ret=readline(sock,recvbuf,1024);
        if(ret==-1)
            ERR_EXIT("readline");
        else if(ret==0)
        {
            printf("service closed\n");
            break;
        }
        fputs(recvbuf,stdout);
        memset(sendbuf,0,sizeof(sendbuf));
        memset(recvbuf,0,sizeof(recvbuf));
    }
    close(sock);
}
int main(void)
{
    int sock[5];//客户端创建5个套接字
    int i=0;
    for(i=0;i<5;i++)
    {
        if((sock[i]=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))<0)
            ERR_EXIT("socket error");

        struct sockaddr_in servaddr;//本地协议地址赋给一个套接字
        memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
        servaddr.sin_family=AF_INET;
        servaddr.sin_port=htons(5188);

        servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");//服务器段地址
        //inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);

        if(connect(sock[i],(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)
            ERR_EXIT("connect");

        //利用getsockname获取客户端本身地址和端口,即为对方accept中的对方套接口
        struct sockaddr_in localaddr;
        socklen_t addrlen=sizeof(localaddr);
        if(getsockname(sock[i],(struct sockaddr *)&localaddr,&addrlen)<0)
            ERR_EXIT("getsockname error");
        printf("local IP=%s, local port=%d\n",inet_ntoa(localaddr.sin_addr),ntohs(localaddr.sin_port));
        //使用getpeername获取对方地址

    }
    echo_cli(sock[0]);//选择一个与服务器通信
    return 0;
}