特殊进程——孤儿、僵尸、守护进程

一、孤儿进程

定义：当一个进程的父进程先于它终止（父进程意外崩溃、被强制终止如kill -9，或父进程主动退出但未正确处理子进程），该进程就会成为孤儿进程。

特点：孤儿进程是一种正常进程，他不是一种状态。

• 失去父进程后，会被系统的"祖先进程"(linux中是 init 或 system，PID=1)收养；最后由1号进程回收资源 。
  如果需要父进程回收资源，则需要使用wait函数（子进程终止之后才会执行父进程，父进程终止时会回收子进程资源）。
• 仍能正常运行，完成自身任务后会正常终止，不会占用额外资源；

影响：本身是系统正常处理机制的结果，无负面影响，反而避免了进程成为"无主进程"；例如：若父进程因bug崩溃，子进程被收养后可继续提供服务。

程序运行时在其他终端执行命令：**ps -aux | grep orphan(程序的可执行文件)**查看子进程的父进程变化：

//孤儿进程：父进程先于子进程终止，子进程成为孤儿进程
//孤儿进程会被init/systemd进程（1号进程）收养，成为init/systemd进程的子进程
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,const char *argv[]){
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1){
        perror("创建子进程失败");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0){//子进程
        printf("子进程：pid=%d\n",getpid());
        printf("子进程开始延时10s\n");
        sleep(10);
        printf("子进程进行终止");
    }
    else if(pid > 0){//父进程
        printf("父进程：pid=%d\n",getpid());
        printf("父进程开始延时5s\n");
        sleep(5);
        printf("父进程进行终止\n");
    }
    //父进程终止后会将控制权交给终端
    //子进程目前处于延时，延时后子进程终止
    return 0;
}

二、僵尸进程

定义：进程终止后，内核未释放其进程控制块(PCB)，该进程状态变为Z(僵尸态)，成为僵尸进程；

产生原因：父进程未调用wait()或waitpid()等系统调用（父进程未调用资源回收 ），读取子进程的退出状态(如退出码、终止原因)，导致内核无法回收PCB；

特点：已终止运行，不再执行任何代码，但PCB仍占用内存资源(如PID、退出状态) ；通过ps命令中显示状态为 Z 或者是Z+(僵尸态)，名称可能为<defunct>；

影响：系统PID数量有限，大量僵尸进程会耗尽PID资源，导致新进程进行无法创建 ；不占用用户空间的内存数据段，但内核空间的PCB资源仍被占用且无法使用。

处理方式：

• 预防：
  1. 父进程调用wait()/waitpid()主动回收子进程状态。
  2. 若父进程先于子进程退出，子进程会被 init 进程（PID=1）收养，init 会定期回收其僵尸子进程。
• 清除：kill-9(只能作用于正在运行的进程)无法直接杀死僵尸进程(其已终止，无运行实体)；父进程未处理，可终止父进程(僵尸进程被1号进程收养，1号进程会定期回收其PCB)；

//僵尸进程：进程终止之后，父进程未调用系统调用(wait/waitpid)回收子进程的资源
//子进程的资源一直被占用，子进程成为僵尸进程
//父进程终止后，子进程成为孤儿进程让1号进程收养，1号进程会定期回收其PCB
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc,const char *argv[]){
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1){
        perror("创建子进程失败");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0){//子进程
        printf("子进程：pid=%d\n",getpid());
        sleep(5);
        printf("子进程进行终止");
    }
    else if(pid > 0){//父进程
        //子进程终止后，父进程还在运行中；
        //父进程中没有调用wait/waitpid回收子进程资源；所以子进程会变成僵尸进程
        //父进程终止后，子进程成为孤儿进程让1号进程收养，1号进程会定期回收其PCB
        //父进程调用wait(NULL)/waitpid(-1,NULL,0)回收子进程资源
        printf("父进程：pid=%d\n",getpid());
        sleep(15);
        printf("父进程进行终止\n");
    }
    //父进程终止后会将控制权交给终端
    //子进程目前处于延时，延时后子进程终止
    return 0;
}

三、守护进程

定义：运行在后台的特殊进程，独立于控制终端，用于持续提供系统服务；不受用户登录/注销影响，长期稳定运行(如网络服务、定时任务)。

特点：父进程为1号进程：启动后会与原本父进程脱离，被1号进程收养。

• 脱离终端：无控制终端，避免终端关闭导致进程终止；
• 后台运行：通过ps命令查看状态通常为S(休眠)，名称多以d结尾(如httpd、systemd)；

环境干净：默认不继承终端信号，工作目录通常为\(根目录)，文件描述符(如stdin/stdout/stderr)被关闭或重定向到/dev/null。

守护进程创建流程：

• fork()创建子进程 ：父进程退出，让子进程在后台运行；子进程成为孤儿进程(被1号收养)；脱离原终端的进程组，为后续setsid做准备。
• 子进程调用setsid( )函数创建新会话，脱离原终端控制；脱离原来的会话、进程组、控制终端，守护进程不在绑定终端，关闭终端不会终止程序。
• 调用chdir( )函数改变进程的工作目录到一个不会被删除和卸载的目录下；如：chdir("/")修改工作目录到根目录：防止当前目录是挂载点，进程占用目录导致文件系统无法卸载。
• 使用umask( )函数修改创建文件的掩码；清除从父进程继承的umask，守护进程创建文件/目录时权限可控。
• 关闭所有从父进程继承过来的文件描述符集合（标准输入0、输出1、错误2）；脱离终端IO，避免在终端输出信息；一般重定向到/dev/null。
• 使用dup( )或者是dup2( )将标准输入/标准输出/标准出错都重定向到文件中；
• 开启自己的服务；

setsid函数：

所需头文件：#include <sys/types.h>、#include <unistd.h>

原型：pid_tsetsid(void); 创建一个新会话，并让调用该函数的进程成为这个新会话的首进程（脱离原本的会话和进程组），同时也成为新进程组的组长

返回值：成功则返回调用进程的新会话标识符；失败则返回-1，重置错误码。

若进程原本就是进程组的组长，则调用setsid函数会失败(不会创建新会话，返回-1重置错误码)
chdir函数：

所需头文件：#include <unistd.h>

原型：int chdir(const char *path); 将调用进程的当前路径修改为参数所指定的目录

参数path：新的工作目录

返回值：成功则返回0；失败则返回-1，重置错误码。

umask函数

所需头文件：#include <sys/types.h>、#include <sys/stat.h>

原型：mode_t umask(mode_t mask); 修改进程文件的掩码（控制文件或目录的默认权限）

参数mask：新的掩码

• 实际文件权限 = ~mask & 0666 （默认不具备可执行权限）
• 实际目录权限 = ~mask & 0777 （默认具有可执行权限）
  

返回值总是成功，返回之前的掩码。

//守护进程一直在后台运行；
//杀死守护进程：kill -9 pid(进程号)
//正常结束：kill -15 pid(进程号)  -15：随系统启动而启动，终止而终止（系统服务）
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
int main(int argc,const char *argv[]){

    //1.使用fork函数创建子进程，父进程退出，子进程变成孤儿进程
    //孤儿进程会被1号进程收养
    pid_t pid = fork();
    if(pid == -1){
        perror("创建子进程失败");
        return -1;
    }
    else if(pid == 0){//子进程
        printf("子进程：pid=%d\n",getpid());

        //2.使用setsid创建新会话，脱离原本的会话和进程组
        pid_t setsid_pid = 0;
        if(-1 == (setsid_pid = setsid())){
            perror("创建新会话失败");
            return -1;
        }
        printf("创建新会话成功，setsid_pid=%d\n",setsid_pid);

        //3.使用chdir改变当前工作目录（视情况而定）
        int chdir_pid=0;
        if(-1 == (chdir_pid = chdir("/home/hqyj/Linux"))){
            perror("改变当前工作目录失败");
            return-1;
        }
        printf("改变当前工作目录成功，返回值：%d\n",chdir_pid);//成功则为0

        //4.使用umask设置文件权限掩码(设置屏蔽权限，而非实际文件/目录的权限)
        //0022说明要屏蔽掉文件所属组和其他用户的写权限
        //umask返回值总是成功，返回之前的文件权限掩码
        mode_t umask_mode = umask(0022);
        printf("umask函数返回值：%d\n",umask_mode);

        //5.关闭所有从父进程中继承的文件描述符
        for(int i=3;i<1024;i++){
            close(i);
        }

        //6.对标准输入0，标准输出1，标准错误2这三个特殊文件描述符进行重定向
        int fd=0;
        if(-1 == (fd = open("process.log",O_RDWR|O_CREAT|O_TRUNC))){
            perror("打开文件失败");
            return -1;
        }
        printf("打开文件成功,fd=%d\n",fd);
        //对标准输入0，标准输出1，标准错误2重定向到文件中
        dup2(fd,0);
        dup2(fd,1);
        dup2(fd,2);

        //7.开启自己的服务（视情况而定）
        while(1){
            printf("hello\n");
            fflush(stdout);//刷新缓冲区数据到文件中
            sleep(1);
        }
    }
    else if(pid > 0){//父进程
        printf("父进程：pid=%d\n",getpid());
        exit(EXIT_SUCCESS);//父进程正常退出，子进程成为孤儿进程
    }
    //父进程终止后会将控制权交给终端
    //子进程目前处于延时，延时后子进程终止
    return 0;
}

四、三者的核心区别