Linux 进程管理

在 Linux C/C++ 开发中，进程管理是系统编程的核心知识点之一。从父子进程的创建、进程的终止到僵尸进程的避免，每一个环节都影响着程序的稳定性。本文将从基础概念到实践代码，详细讲解 Linux 进程管理的关键技术。

一、父子进程：写时复制的 "副本关系"

当我们通过fork()创建子进程时，子进程是父进程的 "复制副本"------ 但在现代 Linux（2.6 版本后，如 Ubuntu 18.04 使用的 Linux 5.4 内核）中，这个 "复制" 并非完全拷贝，而是采用了 ** 写时复制（Copy-on-Write，COW）** 机制：

初始状态：子进程与父进程共享同一块内存空间（包括代码段、数据段、堆、栈），内核仅为子进程创建独立的 PCB（进程控制块）。
写操作触发拷贝：当子进程修改某块内存（如变量、数组）时，内核才会为子进程分配新的内存空间，并将修改的内容拷贝到新空间中，实现 "按需拷贝"。

这种机制既节省了内存资源，又提升了fork()的效率。

二、进程的终止：8 种情况分类

进程的终止分为 "正常终止" 和 "异常终止" 两类，共 8 种场景：

终止类型	具体场景	说明
正常终止	1. `main`函数中执行`return`	会触发进程退出，返回值作为进程退出状态
	2. 调用`exit()`函数	库函数，会执行 I/O 清理（刷新缓存）、关闭打开的文件，再终止进程
	3. 调用`_Exit()`函数	系统调用，仅关闭打开的文件，不执行 I/O 清理（缓存数据会丢失）
	4. 主线程退出	主线程结束后，进程会随之终止
	5. 主线程调用`pthread_exit`	仅主线程退出，进程不会终止（需所有线程结束）
异常终止	6. 调用`abort()`函数	触发`SIGABRT`信号，强制进程终止
	7. 通过`signal`/`kill`发送终止信号	如`kill -9 pid`强制杀死进程
	8. 最后一个线程被`pthread_cancel`取消	所有线程结束后，进程终止

三、退出后的进程：僵尸与孤儿

进程退出后并非直接 "消失"，而是会进入特殊状态：

1. 僵尸进程（Zombie Process）

产生条件 ：父进程创建子进程后，子进程先退出 ，但父进程未调用wait/waitpid回收子进程。
表现：子进程的用户内存已释放，但内核中的 PCB（包含进程 PID、退出状态等）未被释放，进程状态标识为Z（可通过ps aux | grep Z查看）。
危害：长期积累的僵尸进程会占用内核内存，导致系统资源不足、稳定性下降。

2. 孤儿进程（Orphan Process）

产生条件 ：父进程创建子进程后，父进程先退出 ，子进程会被系统进程（如init、systemd）接管。
表现：子进程的新父进程会自动回收其资源，因此孤儿进程不会造成资源泄漏，无需额外处理。

四、进程退出函数：exit 与_exit 的区别

进程退出的核心函数是exit（库函数）和_exit（系统调用），二者的差异是面试高频考点：

函数	类型	核心行为	适用场景
`exit(int status)`	库函数	1. 执行`atexit`注册的清理函数；2. 刷新 I/O 缓存；3. 关闭打开的文件；4. 调用`_exit`终止进程	需保证数据完整写入（如文件操作后）
`_exit(int status)`	系统调用	1. 关闭打开的文件；2. 直接终止进程（不处理缓存 / 清理函数）	紧急退出（如信号处理函数中）

示例：

运行

复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("使用exit退出（会刷新缓存）");
    exit(EXIT_SUCCESS); // 输出会被打印
}

// 对比：
int main() {
    printf("使用_exit退出（不刷新缓存）");
    _exit(EXIT_SUCCESS); // 输出不会被打印（缓存未刷新）
}

五、进程回收：wait/waitpid 解决僵尸问题

为了避免僵尸进程，父进程必须主动回收子进程，核心函数是wait和waitpid。

1. wait 函数

运行

复制代码

pid_t wait(int *status);

功能：阻塞等待任意一个子进程退出，并回收其 PCB。
参数status ：存储子进程的退出状态（若不需要，传NULL）。
返回值 ：成功返回被回收子进程的 PID；失败返回-1（如无待回收子进程）。

解析退出状态 ：需通过宏函数提取status中的信息：

WIFEXITED(status)：判断子进程是否正常退出（返回非 0 表示正常）。
WEXITSTATUS(status)：提取子进程的退出值（仅当WIFEXITED为真时有效）。
WIFSIGNALED(status)：判断子进程是否被信号终止。
WTERMSIG(status)：提取终止子进程的信号编号。

2. 实践代码：回收子进程并处理退出状态

运行

复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork失败");
        exit(1);
    }

    if (pid == 0) {
        // 子进程：执行任务后退出
        printf("子进程(pid=%d)执行中...\n", getpid());
        sleep(2);
        exit(5); // 正常退出，退出值为5
    } else {
        // 父进程：回收子进程
        int status;
        pid_t child_pid = wait(&status);

        if (child_pid == -1) {
            perror("wait失败");
            exit(1);
        }

        // 解析退出状态
        if (WIFEXITED(status)) {
            printf("回收子进程(pid=%d)，退出值：%d\n", 
                   child_pid, WEXITSTATUS(status));
        } else if (WIFSIGNALED(status)) {
            printf("回收子进程(pid=%d)，被信号%d终止\n", 
                   child_pid, WTERMSIG(status));
        }
    }
    return 0;
}

运行结果：

plaintext

复制代码

子进程(pid=12345)执行中...
回收子进程(pid=12345)，退出值：5

3. 批量回收：waitpid 循环处理多子进程

若父进程创建了多个子进程，需循环调用waitpid回收所有子进程：

运行

复制代码

// 循环回收所有子进程
while (waitpid(-1, &status, WNOHANG) > 0) {
    // 处理退出状态...
}

waitpid(-1, &status, WNOHANG)：-1表示回收任意子进程，WNOHANG表示非阻塞（无待回收子进程时直接返回 0）。

六、实战：如何查看僵尸进程？

通过ps或top命令可查看系统中的僵尸进程：

ps 命令 ：

bash

运行
复制代码
```
ps aux | grep Z
```
输出中状态为Z的进程即为僵尸进程。
top 命令 ：进入top后，按z可高亮显示僵尸进程，或查看 "Zombie" 统计项（若大于 0，说明存在僵尸进程）。

总结

Linux 进程管理的核心是 "创建 - 终止 - 回收" 的闭环：

用fork()创建子进程，利用写时复制节省资源；
子进程通过exit/_exit正常退出，或被信号异常终止；
父进程必须通过wait/waitpid回收子进程，避免僵尸进程；
孤儿进程由系统接管，无需额外处理。