Bài 40.426 phút đọc

wait, zombie, và orphan

Sau bài này bạn sẽ làm được

Đọc mã thoát bằng các macro WIF
Giải thích zombie sinh ra thế nào và ba cách tránh
Giải thích orphan được nhận nuôi bởi PID 1
Dùng WNOHANG để chờ không chặn

Một tiến trình con kết thúc không biến mất ngay: nó để lại mã thoát chờ cha thu về. Nếu cha không thu, con thành zombie. Nếu cha chết trước, con thành orphan. Hai trạng thái này là chỗ nhiều server thật rò rỉ.

#wait và mã thoát

Đọc mã thoát của con

#include <sys/wait.h>

pid_t wait(int *status);                          /* cho BAT KY con nao */
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int flags); /* cho con CU THE */

/* status khong phai la ma thoat truc tiep; no dong goi nhieu
   thong tin. Dung cac MACRO de doc: */
int status;
waitpid(pid, &status, 0);

if (WIFEXITED(status))
    printf("Thoat binh thuong, ma %d\n", WEXITSTATUS(status));
if (WIFSIGNALED(status))
    printf("Bi giet boi tin hieu %d\n", WTERMSIG(status));
if (WIFSTOPPED(status))
    printf("Bi dung boi tin hieu %d\n", WSTOPSIG(status));

Macro	Nghĩa
WIFEXITED(status)	Con thoát bình thường (return hoặc exit)
WEXITSTATUS(status)	Mã thoát, chỉ dùng khi WIFEXITED đúng
WIFSIGNALED(status)	Con bị một tín hiệu giết
WTERMSIG(status)	Số tín hiệu đã giết con
WIFSTOPPED(status)	Con bị dừng, không phải chết

terminal

./wait_demo

con 1 thoat binh thuong, ma 42
con 2 bi giet boi tin hieu 11 (SIGSEGV)

Không đọc WEXITSTATUS khi con không thoát bình thường

int status;
waitpid(pid, &status, 0);
printf("ma thoat: %d\n", WEXITSTATUS(status));   /* SAI neu con bi giet */

/* WEXITSTATUS CHI co nghia khi WIFEXITED(status) dung. Neu con
   bi giet boi tin hieu (segfault, kill), WEXITSTATUS tra ve rac.

   Luon kiem tra WIFEXITED TRUOC: */
if (WIFEXITED(status)) {
    printf("ma thoat: %d\n", WEXITSTATUS(status));
} else if (WIFSIGNALED(status)) {
    printf("bi giet boi tin hieu %d\n", WTERMSIG(status));
}

/* Do la ly do shell tra ve 128 + so_tin_hieu khi mot lenh bi
   giet: 139 = 128 + 11 nghia la SIGSEGV. Do la quy uoc de phan
   biet "thoat voi ma 11" voi "bi giet boi tin hieu 11". */

#Zombie

Zombie process

Một tiến trình con đã kết thúc nhưng cha chưa gọi wait. Nhân giữ lại một mục nhỏ trong bảng tiến trình chứa mã thoát, chờ cha thu về. Mục đó là zombie: không chạy, không tốn bộ nhớ, nhưng chiếm một ô trong bảng tiến trình.

Tạo zombie có chủ ý

if (fork() == 0) {
    _exit(0);               /* con ket thuc NGAY */
}
sleep(100);                 /* cha khong wait -> con thanh <defunct> */

/* Trong 100 giay nay, con da chet nhung cha chua wait, nen con
   la ZOMBIE. */

terminal

./tao_zombie &

[1] 25610

ps aux | grep defunct

an  25611  0.0  0.0  0  0  Z  [tao_zombie] <defunct>

Zombie tích tụ làm cạn bảng tiến trình

/* Mot zombie khong hai. Nhung mot SERVER fork mot con moi cho
   moi ket noi va KHONG wait se tao mot zombie moi moi lan. Sau
   hang nghin ket noi, bang tien trinh day, va fork bat dau
   that bai voi EAGAIN. Server ngung nhan ket noi moi, du no
   khong dung nhieu bo nho.

   Do la mot loi ro ri that su trong cac server viet voi. */

/* Ba cach tranh zombie: */

/* Cach 1: luon wait sau khi con xong */
waitpid(pid, NULL, 0);

/* Cach 2: bao he dieu hanh tu don, khong can wait */
signal(SIGCHLD, SIG_IGN);       /* POSIX: con chet -> nhan tu thu hoach */

/* Cach 3: don trong bo xu ly SIGCHLD (dung cho server) */
void reap(int sig) {
    (void)sig;
    int luu = errno;
    while (waitpid(-1, NULL, WNOHANG) > 0) { }   /* thu moi con da chet */
    errno = luu;                /* BAT BUOC: khong lam hong errno */
}
signal(SIGCHLD, reap);

/* Cach 3 la mau chuan cua server: khi mot con chet, SIGCHLD kich
   hoat reap(), reap() thu hoach ngay, khong tao zombie. Xem
   Bai 44.2 ve quy tac viet handler, va du an Mini Shell (60.4). */

#Orphan

Orphan process

Một tiến trình con mà cha chết trước. Nhân giao con cho tiến trình init hoặc systemd (PID 1) nhận nuôi. Con vẫn chạy bình thường; PPID của nó đổi thành 1. Đây là cách tạo một daemon.

Tạo orphan

pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    /* con: ngu mot chut de cha kip chet truoc */
    printf("con: PID=%d, PPID luc dau=%d\n", getpid(), getppid());
    sleep(2);
    printf("con: PPID gio=%d (da doi thanh 1)\n", getppid());
    _exit(0);
} else {
    /* cha: thoat NGAY, bo con lai */
    printf("cha: PID=%d, thoat ngay\n", getpid());
    _exit(0);
}

terminal

./tao_orphan

cha: PID=25701, thoat ngay
con: PID=25702, PPID luc dau=25701
con: PPID gio=1 (da doi thanh 1)

Orphan là cơ chế, không phải lỗi

/* Khac voi zombie (mot van de), orphan la mot CO CHE binh thuong:

   - Con van chay, khong hai gi.
   - PID 1 tu dong wait cho no khi no chet, nen orphan KHONG
     tro thanh zombie.

   Do la cach tao DAEMON (tien trinh nen chay lien tuc):
     1. fork ra mot con.
     2. Cha thoat -> con thanh orphan, PID 1 nhan nuoi.
     3. Con tach khoi terminal (setsid), dong stdin/stdout/stderr,
        va chay mai o nen.

   Moi dich vu he thong (sshd, cron, web server chay nen) deu
   duoc tao theo cach nay. "Double fork" la ky thuat kinh dien
   de tao daemon sach. */

	Zombie	Orphan
Ai chết trước	Con	Cha
Con còn chạy không	Không, đã chết	Có, vẫn chạy
Vấn đề hay cơ chế	Vấn đề: cạn bảng tiến trình	Cơ chế: tạo daemon
Ai dọn	Cha phải wait	PID 1 tự dọn
PPID	Của cha thật	Đổi thành 1

#Chờ không chặn

WNOHANG: kiểm tra mà không đợi

/* wait va waitpid CHAN cho toi khi con xong. Doi khi ban muon
   KIEM TRA con xong chua ma khong doi. Dung co WNOHANG: */

pid_t p = waitpid(pid, &status, WNOHANG);

if (p == 0) {
    /* con CHUA xong, waitpid tra ve 0 ngay lap tuc */
} else if (p == pid) {
    /* con da xong, status co ket qua */
} else if (p < 0) {
    /* loi, hoac khong con con nao */
}

WNOHANG cho vòng lặp phục vụ

/* Trong mot vong lap lam viec khac, thinh thoang thu hoach con
   da chet ma KHONG dung cong viec chinh: */
for (;;) {
    lam_viec_chinh();

    /* thu moi con da chet, khong chan */
    pid_t p;
    while ((p = waitpid(-1, &status, WNOHANG)) > 0) {
        printf("con %d da xong\n", p);
    }
}

/* waitpid(-1, ...) nghia la "bat ky con nao".
   Vong while thu HET cac con da chet trong mot lan, vi co the
   nhieu con chet cung luc. Do chinh la mau reap() o bo xu ly
   SIGCHLD phia tren. */

Chờ chặn trong vòng lặp phục vụ

for (;;) { int fd = accept(sv, ...); if (fork() == 0) { phuc_vu(fd); _exit(0); } close(fd); wait(NULL); /* CHAN: server dung cho toi khi con xong -> khong phuc vu duoc client tiep theo */ }

WNOHANG

signal(SIGCHLD, reap); /* don zombie tu dong, xem tren */ for (;;) { int fd = accept(sv, ...); if (fork() == 0) { phuc_vu(fd); _exit(0); } close(fd); /* KHONG wait o day: server quay lai accept ngay. reap() lo viec thu hoach con qua SIGCHLD. */ }

Tự làm thử

Viết chương trình mà con thoát với mã 42 và cha in mã đó bằng WEXITSTATUS.
Cho con gọi abort và dùng WIFSIGNALED để phát hiện nó bị tín hiệu giết.
Tạo zombie có chủ ý, quan sát bằng ps, rồi sửa bằng cả ba cách.
Tạo orphan và quan sát PPID đổi thành 1.
Dùng WNOHANG trong vòng lặp làm việc khác, thu hoạch con khi rảnh.
Viết một server nhỏ fork mỗi client và dùng reap để không tạo zombie sau nghìn kết nối.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

Đọc mã thoát bằng macro; luôn kiểm tra WIFEXITED trước khi đọc WEXITSTATUS.
Zombie: con chết, cha chưa wait; tích tụ làm cạn bảng tiến trình. Tránh bằng wait, SIG_IGN, hoặc reap.
Orphan: cha chết trước, PID 1 nhận nuôi và tự dọn; là cơ chế tạo daemon.
WNOHANG cho phép kiểm tra con xong chưa mà không đợi, dùng trong vòng lặp phục vụ.
Server không nên wait chặn trong vòng lặp; dùng reap qua SIGCHLD để quay lại phục vụ ngay.