1、面試題介紹
以前面試，面試官問了一個問題，大意是：
我們在終端中，通過執行
python main.py命令，會啟動一臺前臺行程直到程式結束，現在我還是想通過執行python main.py，啟動一個后臺行程，讓后臺行程運行我們的業務邏輯，這個時候應該怎么做呢？
回答上面這道題，需要先了解什么是前臺行程和后臺行程，什么是孤兒行程和僵尸行程？接下來，我們先一起看看前臺行程和后臺行程，以及孤兒行程和僵尸行程，最后再通過撰寫代碼來完成面試題的需求，
2、前臺行程和后臺行程
2.1 什么是前臺行程
在 Linux 中，前臺行程是指當前正在運行的行程，它與用戶互動并占用終端，當用戶在終端中輸入命令時，該命令所啟動的行程就是前臺行程，
前臺行程會占用終端，直到它執行完畢或者被中斷（例如按下 Ctrl+C），在前臺行程運行期間，用戶可以通過鍵盤輸入命令或者發送信號來與行程互動，
2.2 什么是后臺行程
Linux 后臺行程是指在終端中運行的行程，但是不會占用終端的輸入輸出，而是在后臺運行，
在 Linux 中，可以通過在命令后面加上 & 符號來將行程放到后臺運行，例如，運行命令 command & 就可以將 command 行程放到后臺運行，
后臺行程可以在終端關閉后繼續運行，也可以同時運行多個后臺行程，可以使用 jobs 命令查看當前運行的后臺行程，使用 fg 命令將后臺行程切換到前臺運行，使用 bg 命令將前臺行程切換到后臺運行，
需要注意的是，后臺行程在另外的終端是查看不到任何資訊的，如果需要查看行程的輸出資訊，一般是將輸出重定向到檔案中，然后使用 tail 命令實時查看輸出，
2.3 前臺行程、后臺行程如何切換
在 Linux 中，可以使用以下命令將前臺行程切換到后臺行程：
- 使用 Ctrl + Z 將當前正在運行的前臺行程掛起，
- 使用
bg命令將掛起的行程切換到后臺運行，
使用 command & ，這樣的方式是一開始就將 command 行程放到后臺運行，
我們通過下面這個例子，來感受下前臺行程和后臺行程是如何切換的，
1、撰寫 test.py檔案，
import os
import time
def main():
a = 1
while True:
time.sleep(1)
a += 1
print("a---->", a)
if a > 30:
break
if __name__ == '__main__':
main()
2、通過 python test.py執行程式，然后使用ctrl + Z 是程式暫停到后臺，注意，這個時候程式不會再往下執行了，
-
如果想程式繼續往下執行，使用
bg命令將其切換到后臺運行， -
還有一種方式是：在最開始執行命令的時候，加上
&，即python main.py &，
python test.py
a----> 2
a----> 3
^Z
[1] + 1761 suspended python test.py
sample_test [master●] %
3、通過jobs命令查詢后臺行程，
sample_test [master●] % jobs
[1] + suspended python test.py
sample_test [master●] %
4、使用fg命令將指定的后臺行程切換到前臺運行，（fg %N，這里的N是 jobs回傳的序號，并不是行程的PID）
sample_test [master●] % fg %1
[1] + 1761 continued python test.py
a----> 4
a----> 5
a----> 6
a----> 7
3、孤兒行程和僵尸行程
通過上面的講解，我們知道了什么是后臺行程和前臺行程，接下來，我們再講講什么是孤兒行程和僵尸行程，
3.1 什么是孤兒行程
孤兒行程是指父行程已經結束或者例外退出，而子行程還在運行的情況下，子行程就會變成孤兒行程，孤兒行程會被作業系統的init行程接管，init行程會成為孤兒行程的新的父行程，并負責回收孤兒行程的資源，避免資源泄露和浪費，
因此一般來說，孤兒行程并不會有什么危害，
我們來看一個關于孤兒行程的例子：
在main函式中，創建子行程，然后讓父行程睡眠1s，讓子行程先運行列印出其行程id(pid)以及父行程id(ppid)；隨后子行程睡眠3s（此時會調度到父行程運行直至結束），目的是讓父行程先于子行程結束，讓子行程有個孤兒的狀態；最后子行程再列印出其行程id(pid)以及父行程id(ppid)；觀察兩次列印 其父行程id(ppid)的區別，
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子行程
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子行程
print("I am the child process.")
print("pid:%d, ppid:%d " % (os.getpid(), os.getppid()))
# 子行程睡眠3s，保證父行程先退出，此后子行程成為孤兒行程
time.sleep(3)
# 注意查看孤兒行程的父行程變化
print("after sleep, pid:%d, ppid:%d" % (os.getpid(), os.getppid()))
assert os.getppid() == 1
print("child process is exited.")
else:
print("I am father process.")
# 為保證子行程先運行，讓父行程睡眠1s
time.sleep(1)
print("father process is exited.")
if __name__ == '__main__':
main()
執行結果：
運行結果表明：當父行程結束后，子行程成為了孤兒行程，因為它的父行程id（ppid)變成了1，即init行程成為該子行程的父行程了，
3.2 什么是僵尸行程
Linux 僵尸行程是指已經結束執行的行程，但是其父行程還沒有對其進行處理，導致該行程的行程描述符仍然存在于系統中，這種行程被稱為僵尸行程，
僵尸行程不會占用系統資源，但是如果大量的僵尸行程存在，會占用系統的行程描述符資源，導致系統行程描述符資源耗盡，從而導致系統崩潰，
為了避免僵尸行程的出現，父行程需要及時對其進行處理，可以使用 wait() 或 waitpid() 等系統呼叫來等待子行程結束并回收其資源，另外，也可以使用信號處理機制，在父行程中注冊 SIGCHLD 信號處理函式來處理子行程結束的信號，
關于僵尸行程的例子：
在main函式中，創建子行程，然后讓父行程睡眠30s，讓子行程先終止（注意和孤兒行程例子的區別）；這里子行程結束后父行程沒有呼叫wait/waitpid函式獲取其狀態，用ps查看行程狀態可以看出子行程為僵尸狀態，
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子行程
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子行程
print("I am the child process.I am exited.")
exit(0)
else:
print("I am father process.")
# 父行程睡眠30s等待子行程退出，且沒有呼叫wait/waitpid獲取其狀態
# 子行程會成為僵尸行程
time.sleep(30)
print("father process is exited.")
if __name__ == '__main__':
main()
開一個終端，在終端是運行test.py，
在子行程結束，父行程睡眠（還沒退出）的時候，再開一個終端用PS查看行程狀態，
注意：
- 任何一個子行程(init除外)在exit()之后，其實它并沒有真正的被銷毀，而是留下一個稱為僵尸行程(Zombie)的資料結構，等待父行程處理，
這是每個子行程在結束時都要經過的階段， - 如果子行程在exit()之后，父行程沒有來得及處理，這時用ps命令就能看到子行程的狀態是“Z”，如果父行程能及時處理，可能用ps命令就來不及看到子行程的僵尸狀態，但這并不等于子行程不經過僵尸狀態，
- 如果父行程在子行程結束之前退出，則子行程將由init接管，init將會以父行程的身份對僵尸狀態的子行程進行處理，
- 如果父行程是一個回圈，不會結束，那么子行程就會一直保持僵尸狀態，這就是系統中有時候會有很多僵尸行程的原因，
那么如何殺死僵尸行程呢，可以查詢 僵尸行程與孤兒行程 鏈接，來進行學習，這里就不再講述，
3.3 總結
- 孤兒行程：父行程已亡，子行程成為孤兒，被init行程收養，由init行程對它們完成狀態收集作業，因此一般沒有壞的影響，
- 僵尸行程：子行程已亡，父行程沒給子行程收尸，子行程成為僵尸行程，占用系統資源，
4、面試題解決方式
現在再回過頭來看 面試題的要求：
在終端中執行
python main.py命令，啟動后臺行程來進行業務處理，
那么我們可以利用孤兒行程的特性，完成上面的需求，
1、通過 os.fork()創建子行程，
2、創建完成后，讓父行程退出，子行程繼續運行，
簡單案例：
import os
import time
def main():
pid = os.fork() # 創建子行程
a = 0
if pid < 0:
# 創建失敗
print("fork failed!")
exit(1)
elif pid == 0: # 子行程
for i in range(10):
time.sleep(1)
a += i
print("child process calculate result: %d" % a)
else:
print("I am father process.")
exit(0)
if __name__ == '__main__':
main()
sample_test [master●] % python test.py
I am father process.
10秒鐘過后
sample_test [master●] % child process calculate result: 45
參考資料：
僵尸行程與孤兒行程
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標籤：Python
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