最近，使用 golang 去管理本地應(yīng)用的生命周期，期間有幾個(gè)有趣的點(diǎn)，今天就一起看下。

場景一

我們來看看下面兩個(gè)腳本會(huì)產(chǎn)生什么問題：

創(chuàng)建兩個(gè) shell 腳本

• start.sh

#!/bin/sh
sh sub.sh

• sub.sh

#!/bin/sh
n=0
while [ $n -le 100 ]
do
  echo $n
  let n++
  sleep 1
done

執(zhí)行腳本

輸出結(jié)果

$ ./start.sh 
0
1
2
...

進(jìn)程關(guān)系

查看進(jìn)程信息

ps -j

USER   PID    PPID   PGID   SESS  JOBC  STAT   TT     TIME     COMMAND
root   31758  31346  31758  0     1     S+     s000   0:00.00  /bin/sh ./start.sh
root   31759  31758  31758  0     1     S+     s000   0:00.01  sh sub.sh

• sub.sh 的 父進(jìn)程（PPID）為 start.sh 的進(jìn)程id（PID）

• sub.sh 和 start.sh 兩個(gè)進(jìn)程的 PGID 是同一個(gè)，（ 屬一個(gè)進(jìn)程組）。

刪除 start.sh 的進(jìn)程

kill -9 31758

# 再查看進(jìn)程組
ps -j

## 返回
USER     PID       PPID  PGID     SESS  JOBC   STAT    TT       TIME     COMMAND
root     31759     1     31758    0      0     S       s000     0:00.03  sh sub.sh

• start.sh 進(jìn)程不在了
• sub.sh 進(jìn)程還在執(zhí)行
• sub.sh 進(jìn)程的 PID 變成了 1

問題1：

那sub.sh 這個(gè)進(jìn)程現(xiàn)在屬于什么？

場景二

假設(shè)sub.sh 是實(shí)際的應(yīng)用， start.sh 是應(yīng)用的啟動(dòng)腳本。

那么，golang 是如何管理他們的呢？ 我們繼續(xù)看看下面 關(guān)于golang的場景。

在上面兩個(gè)腳本的基礎(chǔ)上，我們用golang 的 os/exec庫去調(diào)用 start.sh腳本

package main

import (
	"context"
	"log"
	"os"
	"os/exec"
	"time"
)

func main()  {
	cmd := exec.CommandContext(context.Background(), "./start.sh")

  // 將 start.sh 和 sub.sh 移到當(dāng)前目錄下
	cmd.Dir = "/Go/src/go-code/cmd/"
	cmd.Stdout = os.Stdout
	cmd.Stderr = os.Stderr

	if err := cmd.Start(); err != nil {
		log.Printf("cmd.Start error %+v \n", err)
	}

	for {
		select {
		default:
			log.Println(cmd.Process.Pid)
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}
}

執(zhí)行程序

go run ./main.go

查看進(jìn)程

ps -j

USER   PID    PPID   PGID     SESS  JOBC  STAT   TT      TIME     COMMAND
root   45458  45457  45457    0     0     Ss+    s004    0:00.03  ...___1go_build_go_code_cmd
root   45462  45458  45457    0     0     S+     s004    0:00.01  /bin/sh ./start.sh
root   45463  45462  45457    0     0     S+     s004    0:00.03  sh sub.sh

發(fā)現(xiàn) go 、 start.sh 、sub.sh 三個(gè)進(jìn)程為同一個(gè)進(jìn)程組（同一個(gè) PGID）

父子關(guān)系為： main.go -> start.sh -> sub.sh

刪除 start.sh 的進(jìn)程

實(shí)際場景，有可能啟動(dòng)程序掛了，導(dǎo)致我們無法監(jiān)聽到執(zhí)行程序的情況，刪除start.sh進(jìn)程，模擬下場景 ：

kill -9 45462

再查看進(jìn)程

ps -j

USER   PID    PPID   PGID     SESS  JOBC  STAT   TT      TIME     COMMAND
root   45458  45457  45457    0     0     Ss+    s004    0:00.03  ...___1go_build_go_code_cmd
root   45462  1      45457    0     0     S+     s004    0:00.01  (bash)
root   45463  45462  45457    0     0     S+     s004    0:00.03  sh sub.sh

• 發(fā)現(xiàn)沒， start.sh 的 PPID 為1
• 即使 start.sh 的 PPID變成了1 ，log.Println(cmd.Process.Pid) 還持續(xù)的輸出 .

問題2:

那如果 PPID為1 ，golang程序不就無法管理了嗎？ 即使 sub.sh 退出也不知道了，那要如何處理？

問題分析

• 兩個(gè)場景中， 都有一個(gè)共同的點(diǎn)，就是 PPID 為1，這妥妥的成為沒人要的娃了——孤兒進(jìn)程

• 場景二中，如果 cmd的沒有進(jìn)程沒有被回收，go程序也無法管理，那么start.sh就成為了占著茅坑不拉屎的子進(jìn)程——僵尸進(jìn)程

那究竟什么是孤兒進(jìn)程 和 僵尸進(jìn)程？

孤兒進(jìn)程

在類 UNIX 操作系統(tǒng)中，孤兒進(jìn)程（Orphan Process）指：是在其父進(jìn)程執(zhí)行完成或被終止后仍繼續(xù)運(yùn)行的一類進(jìn)程。

為避免孤兒進(jìn)程退出時(shí)無法釋放所占用的資源而僵死，任何孤兒進(jìn)程產(chǎn)生時(shí)都會(huì)立即為系統(tǒng)進(jìn)程 init 或 systemd 自動(dòng)接收為子進(jìn)程，這一過程也被稱為收養(yǎng)。在此需注意，雖然事實(shí)上該進(jìn)程已有init作為其父進(jìn)程，但由于創(chuàng)建該進(jìn)程的進(jìn)程已不存在，所以仍應(yīng)稱之為孤兒進(jìn)程。孤兒進(jìn)程會(huì)浪費(fèi)服務(wù)器的資源，甚至有耗盡資源的潛在危險(xiǎn)。

解決&預(yù)防

• 終止機(jī)制：強(qiáng)制殺死孤兒進(jìn)程（最常用的手段）；

• 再生機(jī)制：服務(wù)器在指定時(shí)間內(nèi)查找調(diào)用的客戶端，若找不到則直接殺死孤兒進(jìn)程；

• 超時(shí)機(jī)制：給每個(gè)進(jìn)程指定一個(gè)確定的運(yùn)行時(shí)間，若超時(shí)仍未完成則強(qiáng)制終止之。若有需要，亦可讓進(jìn)程在指定時(shí)間耗盡之前申請延時(shí)。

• 進(jìn)程組：因?yàn)楦高M(jìn)程終止或崩潰都會(huì)導(dǎo)致對應(yīng)子進(jìn)程成為孤兒進(jìn)程，所以也無法預(yù)料一個(gè)子進(jìn)程執(zhí)行期間是否會(huì)被“遺棄”。有鑒于此，多數(shù)類UNIX系統(tǒng)都引入了進(jìn)程組以防止產(chǎn)生孤兒進(jìn)程。

僵尸進(jìn)程

在類 UNIX 操作系統(tǒng)中，僵尸進(jìn)程（zombie process）指：完成執(zhí)行（通過exit系統(tǒng)調(diào)用，或運(yùn)行時(shí)發(fā)生致命錯(cuò)誤或收到終止信號所致），但在操作系統(tǒng)的進(jìn)程表中仍然存在其進(jìn)程控制塊，處于"終止?fàn)顟B(tài)"的進(jìn)程。
正常情況下，進(jìn)程直接被其父進(jìn)程 wait 并由系統(tǒng)回收。而僵尸進(jìn)程與正常進(jìn)程不同，kill 命令對僵尸進(jìn)程無效，并且無法回收，從而導(dǎo)致資源泄漏。

解決&預(yù)防

收割僵尸進(jìn)程的方法是通過 kill 命令手工向其父進(jìn)程發(fā)送SIGCHLD信號。如果其父進(jìn)程仍然拒絕收割僵尸進(jìn)程，則終止父進(jìn)程，使得 init 進(jìn)程收養(yǎng)僵尸進(jìn)程。init 進(jìn)程周期執(zhí)行 wait 系統(tǒng)調(diào)用收割其收養(yǎng)的所有僵尸進(jìn)程。

查看進(jìn)程詳情

# 列出進(jìn)程
ps -l

• USER：進(jìn)程的所屬用戶
• PID：進(jìn)程的進(jìn)程ID號
• RSS：進(jìn)程占用的固定的內(nèi)存量 (Kbytes)
• S：查看進(jìn)程狀態(tài)
• CMD：進(jìn)程對應(yīng)的實(shí)際程序

進(jìn)程狀態(tài)（S）

• R：運(yùn)行 Runnable (on run queue) 正在運(yùn)行或在運(yùn)行隊(duì)列中等待
• S：睡眠 Sleeping 休眠中，受阻，在等待某個(gè)條件的形成或接受到信號
• I：空閑 Idle
• Z：僵死 Zombie（a defunct process) 進(jìn)程已終止，但進(jìn)程描述符存在， 直到父進(jìn)程調(diào)用wait4()系統(tǒng)調(diào)用后釋放
• D：不可中斷 Uninterruptible sleep (ususally IO) 收到信號不喚醒和不可運(yùn)行， 進(jìn)程必須等待直到有中斷發(fā)生
• T：終止 Terminate 進(jìn)程收到SIGSTOP、SIGSTP、 SIGTIN、SIGTOU信號后停止運(yùn)行運(yùn)行
• P：等待交換頁
• W：無駐留頁 has no resident pages 沒有足夠的記憶體分頁可分配
• X：死掉的進(jìn)程

Go解決方案

采用 殺掉進(jìn)程組（kill process group，而不是只 kill 父進(jìn)程，在 Linux 里面使用的是 kill -- -PID） 與 進(jìn)程wait方案，結(jié)果如下：

package main

import (
	"context"
	"log"
	"os"
	"os/exec"
	"syscall"
	"time"
)

func main() {

	ctx := context.Background()
	cmd := exec.CommandContext(ctx, "./start.sh")
  
        // 設(shè)置進(jìn)程組
	cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
		Setpgid: true,
	}

	cmd.Dir = "/Users/Wilbur/Project/Go/src/go-code/cmd/"
	cmd.Stdout = os.Stdout
	cmd.Stderr = os.Stderr

	if err := cmd.Start(); err != nil {
		log.Printf("cmd.Start error %+v \n", err)
	}

        // 監(jiān)聽進(jìn)程wait
	errCmdCh := make(chan error, 1)
	go func() {
		errCmdCh <- cmd.Wait()
	}()

	for {
		select {
		case <-ctx.Done():
			log.Println("ctx.done")
			pid := cmd.Process.Pid
			if err := syscall.Kill(-1*pid, syscall.SIGKILL); err != nil {
				return
			}
		case err := <-errCmdCh:
			log.Printf("errCmdCh error %+v \n", err)
			return
		default:
			log.Println(cmd.Process.Pid)
			time.Sleep(2 * time.Second)
		}
	}
}

剖析 cmd.Wait() 源碼

在 os/exec_unix下：

var (
	status syscall.WaitStatus
	rusage syscall.Rusage
	pid1   int
	e      error
)

for {
	pid1, e = syscall.Wait4(p.Pid, &status, 0, &rusage)
	if e != syscall.EINTR {
		break
	}
}

進(jìn)行了 syscall.Wait4對系統(tǒng)監(jiān)聽，正如"僵死 Zombie（a defunct process) 進(jìn)程已終止，但進(jìn)程描述符存在， 直到父進(jìn)程調(diào)用wait4()系統(tǒng)調(diào)用后釋放"，所說一致。

總結(jié)

嚴(yán)格地來說，僵尸進(jìn)程并不是問題的根源，罪魁禍?zhǔn)资钱a(chǎn)生出大量僵尸進(jìn)程的那個(gè)父進(jìn)程。

因此，當(dāng)我們尋求如何消滅系統(tǒng)中大量的僵尸進(jìn)程時(shí)，更應(yīng)該是在實(shí)際的開發(fā)過程中，思考如何避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

參考：

https://pkg.go.dev/syscall

https://cs.opensource.google/go/go/+/refs/tags/go1.17.7:src/syscall/syscall_linux.go;l=279

https://pkg.go.dev/os/exec

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