如何在单个C程序中执行僵尸进程和孤儿进程？

1. 什么是僵尸进程和孤儿进程？

在讨论如何执行僵尸进程和孤儿进程之前，首先需要了解这两个概念。

当一个进程退出时，它的父进程需要知道它的退出状态。如果父进程没有通过wait()系统调用获取子进程状态，那么子进程就会变成僵尸进程。僵尸进程通常是在等待父进程收集其退出状态的一段时间内存在的。

相反，当父进程在子进程退出之前退出，子进程就变成了孤儿进程。孤儿进程将由init进程接管，init进程将成为孤儿进程的父进程。

2. 如何创建僵尸进程和孤儿进程？

2.1 创建僵尸进程

要创建一个僵尸进程，可以在父进程中fork一个子进程，然后在子进程中退出，而不等待父进程收集其状态。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "fork failed");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0) { // 子进程
        printf("Child process %d exit.\n", getpid());
        exit(0);
    }
    else { // 父进程
        sleep(60); // 父进程不使用wait函数，子进程会变成僵尸进程
        printf("Parent process exit.\n"); 
    }
    return 0;
}

在上面的代码中，子进程在执行完printf函数后立即退出，而父进程则休眠60秒后直接退出，没有调用wait函数去获取子进程的状态，子进程因此会变成僵尸进程。

2.2 创建孤儿进程

要创建一个孤儿进程，可以在父进程中fork一个子进程，并让子进程先休眠一段时间，等到父进程退出后，子进程才结束。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "fork failed");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0) { // 子进程
        sleep(60);
        printf("Child process %d\'s parent process is %d.\n", getpid(), getppid());
    }
    else { // 父进程
        printf("Parent process %d exit.\n", getpid());
        exit(0);
    }
    return 0;
}

在上面的代码中，父进程输出自己的进程ID，然后直接退出，而子进程输出自己的进程ID以及父进程的PID，则子进程变成了孤儿进程，由init进程接管。

3. 如何处理僵尸进程和孤儿进程?

以下是处理僵尸进程和孤儿进程的两种方法。

3.1 使用wait函数处理僵尸进程

可以使用wait函数来处理僵尸进程，以便获得子进程状态并释放系统资源。可以在父进程中调用wait()函数来等待子进程退出。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/wait.h>
int main() {
    pid_t pid;
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "fork failed");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0) { // 子进程
        printf("Child process %d exit.\n", getpid());
        exit(0);
    }
    else { // 父进程
        wait(NULL); // 等待子进程退出
        printf("Parent process exit.\n");
    }
    return 0;
}

在上面的代码中，父进程调用wait(NULL)函数等待子进程的退出，这将使子进程的状态被收集并释放系统资源，而不会留下僵尸进程。

3.2 使用信号处理孤儿进程

可以使用信号处理程序来处理孤儿进程。当父进程退出时，内核将发送一个SIGCHLD信号给子进程，子进程可以捕获该信号并执行相应的处理函数，以避免成为孤儿进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void sig_handler(int signo) {
    if (signo == SIGCHLD)
        printf("Child process exit.\n");
}
int main() {
    pid_t pid;
    signal(SIGCHLD, sig_handler); // 安装SIGCHLD信号处理函数
    pid = fork();
    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "fork failed");
        exit(1);
    }
    else if (pid == 0) { // 子进程
        sleep(60);
        printf("Child process %d\'s parent process is %d.\n", getpid(), getppid());
    }
    else { // 父进程
        printf("Parent process %d exit.\n", getpid());
        exit(0);
    }
    return 0;
}

在上面的代码中，父进程退出时会发送SIGCHLD信号给子进程，子进程捕获该信号并执行sig_handler函数，打印出一条消息，此时子进程不会成为孤儿进程。

4. 结论

为了使进程管理更加有效，我们必须避免僵尸和孤儿进程的出现。在实际的开发中，我们应该保证在需要的时候调用wait函数，或者使用信号处理程序来避免这些问题。