multiprocessing对僵尸进程的处理

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关于僵尸进程的相关资料,这篇博客讲的挺透彻的,可以参考进行学习了解。
之所以想写这么一篇博客,是在学TCP/IP网络编程时,讲到多进程服务器的构建时,父进程需要对子进程进行处理,不然的话会产生一堆的僵尸进程,最后会危害整个系统。然后想到我之前写的爬虫Dwonloader使用的就是多进程的方式来并发下载数据。在Downloader中,我的做法是凑够一定数量的请求,然后开启一个进程,让这个进程去处理这堆请求。而我只开启了进程,并没有去管理这些进程,突然有点心慌慌,这个bug可能会让我的系统崩溃。

代码一

Downloader的代码抽象出来,会是如下所示:

import multiprocessing as mp
import os
import time

def work():
    print ("os.pid is ", os.getpid())

if __name__ == '__main__':
    print ("parent ", os.getpid())
    while True:
            p = mp.Process(target = work)
            p.start()
            time.sleep(1)

主进程的while(True)表示源源不断的的请求,其中的sleep是为了不太快产生大量进程,work就是负责处理请求的进程。
代码非常简单,原本以为,这样跑那么一会儿,会产生一大摞的僵尸进程。但查看了系统的进程后,发现如下图所示,并没有产生大量的僵尸进程丫。
系统进程
从图中可以看出,每次都仅仅只有一个僵尸进程,再次查看的时候,会发现其已经被解决掉了,换成了另一个僵尸进程。顿时就有点凌乱了。

代码二

所以尝试用C写了另一段代码,如下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>

int main()
{
    pid_t pid;
    while (1){
        pid = fork();
        if (pid < 0){
            puts("fock error");
            exit(1);
        }
        else if(pid == 0){
            printf("I am a Child Process, pid is %d.\n", getpid());
            sleep(1);
            exit(1);
        }
        else
            sleep(3);
    }
    return 0;
}

这段代码却能够产生一大堆的僵尸进程,如下图所示:
C僵尸进程查看
如图,可以发现确实是产生了大量的僵尸代码。

代码三

所以初步我是怀疑python会自动的对僵尸进程进行清理,所以就顺手又写了下面的代码。然而问题又出乎我的意料。

from multiprocessing import Process
import os
import time

def run():
    print ("pid is ", os.getpid())

p = Process(target = run)
p.start()
time.sleep(100)

这段代码,产生了一个僵尸进程,一直卡在那里,并没有被清理掉。如下图:
代码三进程查看

原因

这个问题困扰了我一天,然后放到segmentfault上问了下,也算是找到了正确答案,所以在此记录下来。
结论是,multiprocessing确实会自动的对僵尸进程进行处理,python真的就是方便,很多细节的东西各种第三方的库就已经帮你考虑好了,我们只需要去解决逻辑问题就可以了。
Process这个类继承于BaseProcess,该文件位于Lib\multiprocessing\process.py.
子进程的start方法代码如下

    _children = set()
    def start(self):
        '''
        Start child process
        '''
        assert self._popen is None, 'cannot start a process twice'
        assert self._parent_pid == os.getpid(), \
               'can only start a process object created by current process'
        assert not _current_process._config.get('daemon'), \
               'daemonic processes are not allowed to have children'
        _cleanup()
        self._popen = self._Popen(self)
        self._sentinel = self._popen.sentinel
        _children.add(self)

代码中的_children是一个集合,其中包含的就是父进程所产生的子进程集合,保存着所有BaseProcess实例,该函数最后的_children.add(self)将当前进程对方(即所创建的子进程)添加到集合中。
注意到其中的_cleanup()函数,这个函数就是用于清理僵尸进程的关键函数了。

def _cleanup():
    # check for processes which have finished
    for p in list(_children):
        if p._popen.poll() is not None:
            _children.discard(p)

初步看这个函数,实现非常的简单。刚开始看这个函数的时候,感觉仅仅是将该子进程从子进程集合中删去,并没有对其进行处理工作。后来在回答者的提示下找到了原因,处理的工作是在poll函数中进行的,处理完了再将其删除。
所以我们找到multiprossing/popen_fork.py这个问题,该文件中的Popen有着该函数的实现,代码如下:

    def poll(self, flag=os.WNOHANG):
        if self.returncode is None:
            while True:
                try:
                    pid, sts = os.waitpid(self.pid, flag)
                except OSError as e:
                    # Child process not yet created. See #1731717
                    # e.errno == errno.ECHILD == 10
                    return None
                else:
                    break
            if pid == self.pid:
                #如果进程由于信号而退出,则返回True,否则返回False。
                if os.WIFSIGNALED(sts):
                    # 返回导致进程退出的信号,这里不是很理解为什么要返回一个相反数
                    self.returncode = -os.WTERMSIG(sts)
                else:
                    #如果进程是以exit()方式退出的,则返回True,否则返回False。
                    assert os.WIFEXITED(sts)
                    #返回exit退出时候的调用的参数,否则返回值是未定义的
                    self.returncode = os.WEXITSTATUS(sts)
        return self.returncode

其中关于pythonos模块的各类参数作用,可以参考这篇博客,讲的也是比较透彻清楚。

对于_children中的每一个进程,都会调用该函数进行处理。在该函数的pid, sts = os.waitpid(self.pid, flag),因为flag设置为os.WNOHANG,所以会不阻塞的判断该进程时候已经死亡。如果该进程没死亡,直接就返回一个None。否则会返回其返回码。但是该返回码在我们这里并没有什么太大价值,我们知道其已经死亡就可以。

剩余问题

对于该问题,目前来看应该是全部解决了。但是不小心将代码二的代码改成如下所示

from multiprocessing import Process
import os
import time

def run():
    print ("pid is ", os.getpid())

print ("parent pid is ", os.getpid())
p = Process(target = run)
p.start()
time.sleep(3)
p1 = Process(target = run)
p1.start()
time.sleep(3)
p2 = Process(target = run)
p2.start()
time.sleep(3)
time.sleep(100)

如果调用子进程后不使用sleep函数,最后会得到三个僵尸进程,但是调用了sleep,前两个僵尸进程都会被清理,剩下最后一个子进程成为僵尸进程。
这个问题我觉得应该跟sleep的实现方式有关,所以有空自己再去看看源代码,看看能不能折腾出结果吧

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