C言語でゾンビプロセスを理解する！7つのステップと実例

はじめに

C言語を学び進めていくと、「ゾンビプロセス」という言葉を耳にすることがあります。

これはプロセスが終了した後、その情報を保持している状態を指します。

ただ、プロセスがゾンビ化するとシステムリソースが無駄に消費され、システム全体のパフォーマンスに影響を及ぼす可能性があります。

今回は、C言語を用いてゾンビプロセスを理解し、その扱い方を学んでいきましょう。

●ゾンビプロセスとは

ゾンビプロセスとは、子プロセスが終了したとき、その終了ステータスを親プロセスが収集する前の一時的な状態を指します。

子プロセスが終了すると、カーネルはその終了ステータスを保持し、親プロセスがそれを取得するために待機します。

この状態の子プロセスをゾンビプロセスと言います。

●C言語でのゾンビプロセスの扱い

ゾンビプロセスは、親プロセスが子プロセスの終了ステータスを収集することで解消します。

C言語ではこれを行うための関数が提供されています。

○ゾンビプロセスの作成

ゾンビプロセスを作成するには、子プロセスを生成し、その子プロセスを終了させ、親プロセスが子プロセスの終了ステータスを収集しないようにします。

具体的なコードは後述します。

○ゾンビプロセスの確認方法

UNIX系のシステムでは、psコマンドを使ってプロセスの一覧を表示し、ゾンビプロセスを確認することができます。

具体的な方法は後で詳しく説明します。

○ゾンビプロセスの解消方法

ゾンビプロセスは親プロセスが子プロセスの終了ステータスを収集することで解消できます。

C言語では、wait()関数やwaitpid()関数を用いて子プロセスの終了ステータスを収集することができます。

●ゾンビプロセスの詳細な使い方

それでは、実際にC言語でゾンビプロセスを作成し、確認し、解消する方法を見ていきましょう。

○サンプルコード1：ゾンビプロセスの作成

このコードでは、fork()関数を使って子プロセスを生成し、exit()関数を使って子プロセスを終了させています。

親プロセスでは子プロセスの終了ステータスを収集しないため、子プロセスはゾンビプロセスとなります。

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = fork(); // 子プロセスを生成

    if (pid > 0) { // 親プロセス
        sleep(30); // 30秒間スリープ
    } else if (pid == 0) { // 子プロセス
        exit(0); // 子プロセスを終了
    }

    return 0;
}

この例では、子プロセスが生成された後にすぐに終了しています。

親プロセスは30秒間スリープしていますが、その間に子プロセスの終了ステータスを収集していません。

そのため、子プロセスはゾンビプロセスとなります。

○サンプルコード2：ゾンビプロセスの確認

C言語でゾンビプロセスを確認するためには、Unix系のシステムであれば ps コマンドを使用します。

ここでは、ps コマンドを用いたゾンビプロセスの確認方法と、その結果の解析について詳しく解説します。

ゾンビプロセスは、子プロセスが終了したが親プロセスによってまだ終了ステータスが収集されていない状態を指します。

このため、システムにはそのプロセスの終了ステータスを保持するためのエントリが残っており、それをゾンビプロセスと呼びます。

psコマンドを用いてゾンビプロセスを確認するコマンドを紹介します。

ps aux | grep 'Z'

このコマンドでは、まず ps aux でシステム上のすべてのプロセスをリストアップし、次に grep 'Z' でその中からプロセスのステータスが ‘Z’（ゾンビ）であるものを探します。

出力結果は次のようになります。

user     12345  0.0  0.0      0     0 ?        Z    07:27   0:00 [process] <defunct>

ここで、’Z’ の表示は、そのプロセスがゾンビ状態であることを表しています。

また、<defunct> と表示されているのもゾンビプロセスであることを表しています。

この例から分かるように、C言語で作成したプログラムが意図せずゾンビプロセスを生み出してしまった場合には、ps コマンドを使用してそれを確認できます。

また、その結果を正しく解析することで、どのプロセスがゾンビ状態になっているのか、原因を特定しやすくなります。

なお、プログラム内で子プロセスの終了ステータスを収集しないとゾンビプロセスが発生しますので、適切に wait() や waitpid() 関数を使用することが重要です。

それぞれの使用方法については後述します。

このように、C言語でのゾンビプロセスの扱い方を理解し、それを適切に確認・管理することで、システムリソースの無駄遣いを防ぎ、より効率的なプログラムを書くことができます。

○サンプルコード3：ゾンビプロセスの解消

親プロセスがwait()関数を呼び出すことで、子プロセスの終了ステータスを収集し、ゾンビプロセスを解消することができます。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = fork(); // 子プロセスを生成

    if (pid > 0) { // 親プロセス
        wait(NULL); // 子プロセスの終了ステータスを収集
    } else if (pid == 0) { // 子プロセス
        exit(0); // 子プロセスを終了
    }

    return 0;
}

この例では、親プロセスがwait(NULL);を実行することで、子プロセスの終了ステータスを収集し、ゾンビプロセスが解消されます。

これらのコードを実行すると、ゾンビプロセスが作成され、その確認と解消ができることを体験できます。

●ゾンビプロセスのカスタマイズ

次に、wait()関数とwaitpid()関数を用いたより高度な例を示します。

○サンプルコード4：wait()関数のカスタマイズ

親プロセスが複数の子プロセスを生成した場合、wait()関数を使ってそれぞれの子プロセスの終了ステータスを収集することができます。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        pid_t pid = fork(); // 子プロセスを生成

        if (pid > 0) { // 親プロセス
            continue;
        } else if (pid == 0) { // 子プロセス
            printf("子プロセス%d終了\n", i);
            exit(0); // 子プロセスを終了
        }
    }

    for(int i = 0; i < 5; i++) {
        wait(NULL); // 子プロセスの終了ステータスを収集
    }

    return 0;
}

この例では、親プロセスが5つの子プロセスを生成しています。

そして、それぞれの子プロセスの終了ステータスをwait()関数で収集しています。

○サンプルコード5：waitpid()関数のカスタマイズ

waitpid()関数を使うと、特定の子プロセスの終了ステータスだけを収集することができます。

また、オプションを指定することで、子プロセスがまだ終了していなくてもブロックせずにすぐに戻ることができます。

#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    pid_t pid = fork(); // 子プロセスを生成

    if (pid > 0) { // 親プロセス
        int status;
        do {
            waitpid(pid, &status, WNOHANG); // 子プロセスが終了するまでブロックしない
        } while(!WIFEXITED(status));
    } else if (pid == 0) { // 子プロセス
        printf("子プロセス終了\n");
        exit(0); // 子プロセスを終了
    }

    return 0;
}

この例では、親プロセスが1つの子プロセスを生成しています。

そして、子プロセスの終了ステータスをwaitpid()関数で収集しています。

WNOHANGオプションを指定することで、子プロセスがまだ終了していなくても親プロセスがブロックせずに処理を続けることができます。

これらの例では、C言語のプロセス制御の基本的な機能を使用して、ゾンビプロセスの生成、確認、解消を行いました。

さらに、wait()関数とwaitpid()関数を用いて、より複雑なプロセス制御を行うことも示しました。

まとめ

この記事では、C言語でのゾンビプロセスの理解を深めるための7つのステップを通じて、ゾンビプロセスの作成、確認、解消、そしてそれらのカスタマイズについて詳細に説明しました。

これにより、C言語でのゾンビプロセスの理解を深めることができました。

ゾンビプロセスはシステムリソースを消費するため、これを適切に管理することは重要です。

今後も、C言語でのプロセス制御の理解を深め、より良いプログラムを書くために、この記事が参考になれば幸いです。