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聊聊 PHP 多进程模式下的孤儿进程和僵尸进程

2024-08-22 09:20 由 Yxh_blogs 发表于 #后端开发

大家好，我是码农先森。

在 PHP 的编程实践中多进程通常都是在 cli 脚本的模式下使用，我依稀还记得在多年以前为了实现从数据库导出千万级别的数据，第一次在 PHP 脚本中采用了多进程编程。在此之前我从未接触过多进程，只知道 PHP-FPM 进程管理器是多进程模型，但从未在编程中进行实践。多进程虽然能带来效率上的提升，但依然会带来不少的问题，如果初学者使用多进程，那注定会遇到各种奇奇怪怪的 Bug 比如并发操作数据库引起死锁、共用内存变量资源造成串数据、忘记回收进程资源导致产生孤儿进程、僵尸进程等。反正如果我们长期都是 PHP-FPM 模式下编程的话，在使用多进程编程时需要慎之又慎，避免出现意想不到的问题。不过这次我想分享的内容是多进程模式下的孤儿进程和僵尸进程，通过示例代码来看看这两者进程是如何产生的，又应该如何解决，内容不难但是在实际的编程中是可能比较容易忽视的点。

按照惯例我们先看看孤儿进程和僵尸进程的基础概念。

  • 孤儿进程：是指一个进程的父进程已经终止，但该子进程仍然在运行。当父进程结束时，操作系统会将其所有的子进程重新分配给 init 进程。init 进程会负责这些孤儿进程，并确保它们能够正确结束。孤儿进程不会造成资源泄漏，因为最终它们会被 init 进程管理并正确清理。
  • 僵尸进程：是指一个已经完成执行的进程，但仍在进程表中保留了一些信息。这通常发生在父进程未调用 wait() 或相关函数来获取子进程的退出状态时。僵尸进程处于 Z 状态，是一种占用系统资源但不占用 CPU 的进程。僵尸进程会继续占用系统的进程 ID，如果大量产生将导致进程 ID 耗尽，可能会影响系统的正常运行。

这两者进程的基础概念应该还比较好理解，孤儿进程的产生就是缘于父进程的不负责，自己先跑路了，导致自己的子进程变成了孤儿，最后孤儿进程被系统给回收了，可以理解为被政府的福利院收养了。僵尸进程的产生就是儿子进程执行完了没有退出，但是父进程又不知情，无法及时回收儿子进程的资源，导致自己的儿子进程变成了僵尸进程，僵尸进程往往比孤儿进程对系统的危害更大，接下来我们来看看具体的代码示例。

首先看看孤儿进程示例，使用 pcntl_fork 函数创建了一个子进程，子进程会每间隔 1 秒钟获取一次自己进程的 ID 和父进程的 ID，而父进程在 2 秒钟之后就退出跑路了，自此子进程就变成了孤儿进程，被系统进程收养了。

<?php

// 孤儿进程示例

$pid = pcntl_fork();
if ($pid < 0) {
   exit('fork error');
} else if($pid > 0) {
   // 父进程执行空间 ...
   // getmypid 函数获取当前父进程ID
   echo "父进程ID: " . getmypid() . PHP_EOL;

   // 2 秒之后退出当前的父进程
   // 父进程先行跑路了
   sleep(2);
   exit();
}

// 子进程执行空间 ...
// getmypid 函数获取当前子进程ID
$cid = getmypid();
echo "当前子进程: {$cid}" . PHP_EOL;

// 每隔 1 秒获取一下进程ID
for($i = 1; $i <= 10; $i++){
    // posix_getppid 函数获取当前子进程的父进程ID
    sleep(1);
    echo "当前子进程ID: " . $cid. ", 父进程ID: " . posix_getppid() . PHP_EOL;
}

// 由于父进程跑路了，子进程变成了孤儿进程 ...

执行 php index.php 观察输出结果，可以看出间隔一段时间之后父进程的 ID 就变成 1 了，即为系统进程。

## 执行程序
[manongsen@root php_test]$ php index.php 
父进程ID: 3484
当前子进程: 3485
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 3484
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 3484
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1
当前子进程ID: 3485, 父进程ID: 1

然后再看看僵尸进程示例，同样也使用 pcntl_fork 创建了一个子进程，然后子进程先行执行完了，父进程还未执行完，这时子进程变成为了僵尸进程。当然僵尸进程也不会一直存在，如果父进程退出了其也会结束自身进程，反之就会一直存在占用着系统资源。

<?php

// 僵尸进程示例

$pid = pcntl_fork();
if ($pid < 0) {
   exit('fork error');
} else if($pid > 0) {
   // 父进程执行空间 ...
   // getmypid 函数获取当前父进程ID
   echo "父进程ID: " . getmypid() . PHP_EOL;

   // 120 秒之后退出当前的父进程
   sleep(120);
   exit();
}

// 子进程执行空间 ...
// getmypid 函数获取当前子进程ID
$cid = getmypid();
echo "当前子进程: {$cid}" . PHP_EOL;

// 10 秒之后退出子进程
sleep(10);

执行 php index.php 观察输出结果，通过查看子进程信息中有一个 Z+ 标识，则表示该进程已经成为了僵尸进程。

## 执行程序
[manongsen@root php_test]$ php index.php 
父进程ID: 85804
当前子进程: 85805

## 查看进程信息
[manongsen@root php_test]$ ps aux | grep 85805
root             90776   0.0  0.0 408169072   1408 s060  U+    22:06下午   0:00.00 grep 85805
root             85805   0.0  0.0         0      0 s062  Z+    22:06下午   0:00.00 (php)

最后来看看正常进程的示例，也先使用 pcntl_fork 创建了一个子进程，但与上面两个例子不同的是在其父进程中会调用 pcntl_wait 函数一直等待子进程结束。在子进程 10 秒钟过后，父进程会接受到子进程执行完毕的通知，然后回收子进程的资源。

<?php

// 正常进程示例

$pid = pcntl_fork();
if ($pid < 0) {
   exit('fork error');
} else if($pid > 0) {
    // 父进程执行空间 ...
    // getmypid 函数获取当前父进程ID
    echo "父进程ID: " . getmypid() . PHP_EOL;

    // 一直等待到子进程结束后回收资源
    $cid = pcntl_wait($status);
    echo "父进程ID: " . getmypid() . ", 接收到子进程ID: {$cid} 退出" . PHP_EOL;
    exit();
}

// 子进程执行空间 ...
// getmypid 函数获取当前子进程ID
$cid = getmypid();
echo "当前子进程: {$cid}" . PHP_EOL;

// 睡眠 10 秒
sleep(10);

执行 php index.php 观察输出结果，可以看出子进程执行完毕之后，父进程接收到了子进程的通知。

## 执行程序
[manongsen@root php_test]$ php index.php 
父进程ID: 49954
当前子进程: 49955
父进程ID: 49954, 接收到子进程ID: 49955 退出

## 查看进程 49955
[manongsen@root php_test]$ ps aux | grep 49955
root             19516   0.0  0.0 407972944   1216 s062  R+    22:23下午   0:00.00 grep 49955
root             49955   0.0  0.0 437931336    372 s060  S+    22:23下午   0:00.00 php index.php

## 再次查看进程 49955
[manongsen@root php_test]$ ps aux | grep 49955
root             26599   0.0  0.0 407963440    480 s062  R+    22:24下午   0:00.00 grep 49955

通过这上面的例子可以看出，多进程中正确的使用方式是要在父进程中使用 pcntl_wait 函数等待子进程的结束，而不是只管 pcntl_fork 生产完子进程，然后就对子进程不闻不问了。从生活化的例子来说就是，你不能只管生娃，生完之后就不管养育了，这种操作肯定是不行的，道德和法律层面这一关你都过不去。利用 pcntl_wait 这个函数可以很优雅的解决了孤儿进程和僵尸进程，但在实际的编程中很容易忽视这一点，因此这一点值得注意。本次分享的内容就到这里了，希望对大家能有所帮助。

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