fork()产生的子进程ppid有时不是父进程pid-Linux中的僵尸进程处理

写完之后，我想到了更严谨的验证方法，在文章尾部，
前面的问题类似于随机出现的问题，找到问题并解决，
后面的验证是将这个随机问题通过sleep()函数复现，佐证前文结论。

概述

父进程若先于子进程结束，子进程变成僵尸进程，
此时linux会将子进程分配给init进程，令其作为新的父进程结束子进程，
可在代码最后加上wait()函数，令父进程等待子进程消亡。

问题描述

在使用fork()函数产生子进程时，有时子进程的ppid是父进程的pid，有时又不是，是什么导致的？

如下图，第二次运行这段程序时，子进程的ppid不再是父进程，但父进程的ppid却始终是终端pid

五次运行结果不同：

ps命令显示终端pid：

ps命令显示pid为1693的进程：

fork()与进程产生相关知识

首先要了解进程是如何产生的，
在linux中，进程直接是父子关系，父进程有子进程的控制权，
在windows中，父子关系被句柄代替，句柄可传递，感兴趣可看这篇：操作系统原理学习笔记（六）-进程控制
linux的所有进程，都有一个父进程，
一般认为pid=1的init进程作为优先级最高的进程，并由其创建其他用户进程。
进程的pid为其进程唯一标识符，ppid则是其父进程的pid。

其次，要了解fork()函数的作用，
fork()函数可以拷贝当前进程的数据空间，赋予新生成的子进程，
fork()出的子进程的ppid是父进程的pid。

三个问题

为什么在fork()的子进程的ppid有时不是父进程的pid，而变成了systemd的pid？

systemd在这里的作用是什么？

如何防止这种僵尸进程的出现？

linux对僵尸进程的处理

实际上，出现这种情况，是因为父进程先于子进程结束，
此时，子进程并未终止，父进程结束，子进程就变成了僵尸进程。
僵尸进程是无法关闭的，因为其没有父进程控制，
但linux将僵尸进程分配给init进程，就解决了这个问题，
在ubuntu20.04的linux系统中，使用了systemd来完成部分init进程的工作，
也就出现了僵尸进程被分配给systemd进程的情况了，

systemd在这里的作用，就是结束这个子进程。

如何防止父进程先于子进程终止？
在代码末尾使用wait()函数，
wait()函数，可以让该进程等待，直到所有子进程消亡，才继续运行。

问题参考代码

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

int main(){
    int pid = fork();
    if(pid < 0) {
        printf("error in fork()\n");
    }
    else if(pid == 0){
        printf("child process pid is %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
    }
    else {
        printf("parent process pid is %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
        //wait(NULL); //当加入这行代码，父进程就不会先于子进程结束。
    }
    return 0;
}      

wait()效果

将wait()函数加入后，运行10次该程序，不再出现上述问题。

更加严谨的验证：通过sleep()函数

在上方代码中，去除了wait()函数，
并在pid==0的子进程代码块末尾，添加了两行代码：
sleep(1);
printf("\nafter sleep(1), child pid is: %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
修改后效果如下图

可以看出，图中1、3、4、5四次运行中，
在sleep(1)之前的child ppid都是父进程pid，即此时父进程未先于子进程结束。
而在第2次运行中，
sleep(1)前子进程的ppid不是父进程pid，此时父进程先于子进程结束。
这里就是前文提到的随机出现的情况。

而在使用sleep(1)后，问题可以有效复现了，
可以看出，在使用sleep(1)后，child ppid每次都是1776，而不是父进程pid
1776是前文提到的systemd进程，即init进程。
如果此时加入wait()后，child ppid会显示正确，则表示验证了前文的观点：
父进程可能先于子进程结束，成为僵尸进程的子进程会被分配给init进程，如果在父进程中使用wait()函数，可防止该情况的发生。

可以看出，加上wait()后，
经过sleep(1)的子程序的ppid显示正确。

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

int main(){
    int pid = fork();
    if(pid < 0) {
        printf("error in fork()\n");
    }
    else if(pid == 0){
        printf("child process pid is %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
        sleep(1);
        printf("\nafter sleep(1), child pid is: %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
    }
    else {
        printf("parent process pid is %d, ppid is %d\n", getpid(), getppid());
        //wait(NULL); //当加入这行代码，父进程就不会先于子进程结束。
    }
    return 0;
}