简述

首先简要说明下僵尸进程和孤儿进程的概念（前提都是父进程调用fork产生子进程）

• 僵尸进程：子进程终止，父进程没有wait子进程
• 孤儿进程：在子进程终止之前，父进程先终止

僵尸即“死了还活着”，子进程已经终止了，也就是说子进程死了。但是系统会保留子进程的信息（进程ID/终止状态/使用的CPU时间总量），这些残余信息仍然存在，也就是说某种意义上还活着。
孤儿则是父进程终止了，也就是丧父。

系统中有一些专用进程，其中ID1通常是init进程，简单来说就是进行系统启动时的一些初始化工作，并且决不会终止（直到关机）。孤儿进程是无害的，因为孤儿进程会被init进程收养，init进程必定会wait所有的子进程。
而僵尸进程的父进程一直存活的话，僵尸进程的剩余信息一直会被保留，占用系统资源。

示例程序及结果

错误处理采用了APUE的函数，可以参考UNIX 环境高级编程（一） apue.h 文件与apue.3e的安装，不过这里是我自己写的精简版，总之函数名一样。

// zombie.cc
#include "../include/apue.h"

int main() {
    pid_t first_pid = getpid();  // 最初的父进程ID
    int proc_cnt = 1;  // 进程数量

    while (true) {
        pid_t pid = fork();
        if (pid < 0) {
            err_msg("child process count: %d", proc_cnt);
            err_sys("fork error");
        }

        // 只fork不wait

        pid_t curpid = getpid();
        if (curpid != first_pid)  // 子进程退出
            _exit(0);
        ++proc_cnt;
    }
}

实验结果及分析

$ g++ zombie.cc -std=c++11
$ ./a.out 
child process count: 7540
fork error: Resource temporarily unavailable

上述代码是一个典型示例，一个进程反复地创建子进程，但是不wait子进程的信息，导致子进程全部成为了僵尸进程，每个僵尸进程的剩余信息仍然占用系统资源，最后导致fork调用失败。
现在在fork()那一行之前加上sleep(3)，也就是隔3秒创建一个线程，重新运行，并用ps查看当前终端的进程状态。

$ g++ zombie.cc -std=c++11
$ ./a.out &
[1] 18988
$ ps -u
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
xyz        2554  0.0  0.2  24552  5512 pts/18   Ss   19:39   0:00 bash
xyz       18988  0.0  0.0  13276  1516 pts/18   S    20:21   0:00 ./a.out
xyz       18989  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18990  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18991  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18992  0.0  0.1  39104  3252 pts/18   R+   20:21   0:00 ps -u
$ ps -u
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
xyz        2554  0.0  0.2  24552  5512 pts/18   Ss   19:39   0:00 bash
xyz       18988  0.0  0.0  13276  1516 pts/18   S    20:21   0:00 ./a.out
xyz       18989  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18990  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18991  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18993  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18994  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18995  0.0  0.0      0     0 pts/18   Z    20:21   0:00 [a.out] <defunct>
xyz       18996  0.0  0.1  39104  3340 pts/18   R+   20:22   0:00 ps -u
$ kill %1
$
[1]+  Terminated              ./a.out
$ ps -u
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
xyz        2554  0.0  0.2  24552  5512 pts/18   Ss   19:39   0:00 bash
xyz       18999  0.0  0.1  39104  3328 pts/18   R+   20:22   0:00 ps -u

<defunct>修饰的就是僵尸进程，APUE上说状态打印为Z，及STAT列，注意ps命令需要加上-u选项才能显示这么详细的信息。可以发现最初的进程一直在产生新的僵尸进程，但是杀死该进程后，所有的子进程（僵尸进程）全部都消失了，因为此时僵尸进程失去了父进程，成为了孤儿进程，被init进程收养，而init进程会wait所有的子进程，僵尸被wait后旧寿终正寝了。

这也是一种典型的解决方法，那就是杀死僵尸进程的父进程，从而将僵尸进程转换成孤儿进程，由init进程处理。

僵尸进程的解决方法

很自然地，既然产生僵尸进程的原因是没有wait，那让父进程wait不久完了。但是wait是阻塞操作，如果子进程的生命周期比较久，可能父进程要等很久才能再fork产生下个进程。对于父进程fork若干个子进程的做法，往往是为了多进程并发执行，如果每次都要wait，实际上还是顺序执行了。

1. waitpid

一种解决方法是使用waitpid，它提供非阻塞模式，比如下列调用
waitpid(pid, &status, WNOHANG);
就是取得当前ID为pid的子进程终止状态，存入status，如果该子进程仍在运行，则立刻返回（而不是阻塞至子进程终止），返回值为0。
然后父进程保存所有子进程ID，用一个独立的线程去隔一段时间用非阻塞模式去wait对应子进程，就能消除僵尸进程。
上述做法是一种简单的轮询，比如子进程数量过多时，每次都从前往后遍历，效率可能比较低。继续深入又是另一个话题，本文不再详述。

2. 处理信号

由于子进程终止时会向父进程发送SIGCHLD信号，所以父进程可以对该信号设置一个信号处理器，信号处理器函数调用wait即可，利用信号处理机制实现了对僵尸进程的异步处理。至于信号处理的坑，同样，继续深入又是另一个话题，本文不再详述。

3. 用一个子进程来间接创建子进程

APUE上的fork两次的做法，是针对父进程fork有限次后终止的简单情况。父进程A专门fork一个子进程B，然后这个子进程fork创建N个子进程（不调用wait，所以会变成僵尸进程）后终止。子进程终止后，这N个僵尸进程失去了父进程B，所以成为了孤儿进程，被init进程收养，从而寿终正寝。这种做法本质还是和我之前的实验中手动kill父进程一样。