Linux：进程状态

 目录

1.Linux内核关于进程状态的源代码 

2. 运行状态

3. 阻塞状态

4. 挂起

5.Linux中的进程状态

5.1 睡眠状态

5.2 暂停状态 

5.3 僵尸进程与孤儿进程

我们在学习进程状态时，老师只是简单的让我们记住下面这张图 

1.教材中进程操作系统的进程状态

那么这些进程状态到底是什么意思呢？本篇文章将具体讲解上面教材中提到的进程状态在linux中的体现。

1.Linux内核关于进程状态的源代码 

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* The task state array is a strange "bitmap" of
* reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
* you can test for combinations of others with
* simple bit tests.
*/
static const char * const task_state_array[] = {
"R (running)", /* 0 */
"S (sleeping)", /* 1 */
"D (disk sleep)", /* 2 */
"T (stopped)", /* 4 */
"t (tracing stop)", /* 8 */
"X (dead)", /* 16 */
"Z (zombie)", /* 32 */
};

简单介绍： 

  • R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
  • S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠（interruptible sleep））。
  • D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。
  • T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
  • X死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态，这个进程即将被销毁。

进程状态，就是PCB中的一个字段，就是结构体中的一个变量，这些进程状态类型就是通过#define 出的宏常量。

所谓状态变化，就是在PCB（Linux叫 task_struct）中修改代表进程状态变量的值，然后将PCB链入不同的队列中，比如运行队列，等待对列等。所以说所有的过程，都只与进程的PCB有关，与代码和数据无关。

2. 运行状态

创建一个进程就是将代码和数据拷贝进内存，然后为这个进程创建PCB，PCB内有指针指向要执行的代码。所以进程 = 内核创建的PCB + 代码和数据。

每个CPU都有一个运行队列，通过双向链表将就绪的PCB连接起来，只是这个进程的PCB在运行队列中，或者正在被CPU执行，都是运行状态。

教材中的就绪和执行在Linux中统称为运行状态：R运行状态（running）。

查看运行状态：

这里写一个死循环让代码一直运行： 

通过 ps axj 来查看所有的进程通过grep筛选名称，head -1显示第一行：

可以看到STAT就是进程状态，R+。下面那个进程是grep指令的进程。+号的意思是前台进程，这时命令行不会执行其他命令，可以输入ctrl+c终止程序，后台进程在 ./文件名 后加&即可。

后台进程不能通过ctrl+c 关闭，前台可以执行其他命令，只能通过kill -9 pid 杀掉这个进程。

3. 阻塞状态

我们代码中一定会或多或少访问系统中的软件和硬件资源，比如磁盘，键盘，网卡，如果程序要求我们输入，但是我们键盘上不输入，也就是要访问的资源没有就绪，所以代码就无法向后进行，这时就会出行阻塞状态。

 我们知道操作系统并不是直接管理软件和硬件，而是管理的它们的信息，通过先描述，创建关于软件（进程）和硬件的信息的结构体，通过链表组织起来，即先描述，再组织，可以更好的管理相关的设备。

当出现访问设备出现阻塞时，我们就需要把进程的PCB链接到要访问设备的等待队列中，这里要注意的是：不是PCB不是仅仅存在一个队列中，他可能同时存在多个队列中，这是因为PCB的内部存在指针结构体，它是指向下一个和上一个PCB内部的指针结构体，而这样的结构体有多个。

注意：

操作系统中，会存在非常多的队列，运行队列，等待硬件的设备等待队列等。一个PCB可以存在多个对类中，所有系统内的进程是用双链表链接起来的

查看阻塞状态：

 通过scanf 让进程访问键盘：

 我们不输入数据，这个进程就会一直处于阻塞状态：

Linux下显示为S+，+表示前台进程。

4. 挂起

如果一个进程当前被阻塞了，注定了，这个进程在它所等待的资源没有就绪的时候，该进程是无法被调度的。如果此时，恰好OS内的内存资源已经严重不足了，怎么办??操作系统OS会将内存数据进行置换到外设磁盘上，针对所有阻塞进程，全部都由OS自动执行！这是进程状态就是挂起。

不用担心慢的问题，因为这个是必然的，现在主要关心的是让OS继续执行下去。

磁盘中会有一块swap分区，OS内的数据会被交换到这里，如果当进程被OS调度，曾经被置换出去的进程代码和数据，又要重新被加载到内存中。

这个状态一般是不容易看到的，要OS内存资源不足时才能看到，这里就不做展示了。

5.Linux中的进程状态

5.1 睡眠状态

  • S睡眠状态（sleeping)：休眠状态，浅度睡眠，可以被终止，会对外界信号做出反应。
  • D磁盘休眠状态（Disk sleep)：休眠状态，深度睡眠

上面两个都是阻塞状态。S状态上面已经讲过了，这里讲一下D状态。

D磁盘休眠状态是专门为磁盘设计的一种状态。我们要知道，如果在内存资源不足的情况下，操作系统会通过杀掉进程，节约资源的。当一个进程的进程状态处在D状态时，表示这个进程不可以被杀掉，不管是通过kill命令还是OS，都是不行的。

这是为什么呢？因为当进程要向磁盘中写入数据时，会将数据交给磁盘，让磁盘写入，然后等待磁盘返回是否写入成功的信息，如果这时进程被杀掉，且磁盘中途写入数据失败，磁盘这时要把错误信息返回给进程，但找不到进程，磁盘会将数据丢掉，会造成数据丢失。为了防止这种状况出现，专门设计出了D状态，进程不能被杀掉，只能等待D状态结束。

我们用户一般是看不到D状态的，如果我们看到D状态，几乎计算机快要挂掉，因为还会有其他的进程等待访问磁盘。

5.2 暂停状态 

  • T停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。

我们在Linux状态中看到两个T，T/t，其实内核中两个都是T，那它们两个有什么区别呢？

我们先来了解一下kill 命令的显示信号，使用kill -l 查看

我们现在用到是下面三个： 

  • kill -9 是杀掉一个进程
  • kill -18是让一个进程继续
  • kill -19是让进程暂停

我们写一个while(1)；死循环然后运行

这里T是普通的stopping 状态，使用kill -19强制进程暂停。可以发现kill -18 后进程成为后台运行状态，结束的话要用kill -9 杀掉进程。

当我们使用gdp对进程调试追踪，进程遇到断点暂停时，这种T是(tracing stop)追踪暂停。它们都会显示T。

以上S，D，T状态在教材中统称为阻塞状态。

5.3 僵尸进程与孤儿进程

  • Z (zombie)僵尸进程，这个进程已经执行完任务，但PCB还没有被释放。

进程=内核PCB+进程的代码和数据，都要占据内存空间，进程退出的核心工作之一就是将PCB和自己的代码和数据释放掉！

为什么我们要创建一个进程？？一定是因为父进程要子进程要完成某种任务！父进程怎么知道进程把任务完成的怎么样？所以进程在退出的时候，要有一些退出信息，表明自己把任务完成的怎么样！

当一个进程在退出的时候，退出信息会由OS写入到当前退出进程的PCB中，可以允许进程的代码和数据空间被释放，但是不能允许进程的PCB被立即释放！！要让OS或者父进程，读取进程的PCB中的退出信息，得知子进程退出的原因！

进程退出了，但是还没有被父进程或者OS读取，OS必须维护这个退出进程的PCB结构！！此时，这个进程基本上已经算退出了，此时进程状态为：Z，僵尸状态！

如果一个进程Z状态了，但是父进程就是不回收它，PCB就要一直存在，父进程或者OS读取之后，PCB状态先被改成X状态，表示可以释放了，才会被OS释放。

如果我们一直不会回收，会造成内存泄漏，PCB一直占用系统资源。

僵尸进程查看：

int main()    
{    pid_t id = fork();    if(id<0)    return 1;    if(id==0)    {    //子进程    int cnt = 5;    while(cnt)    {    printf("I am child,run times:%d\n",cnt--);    sleep(1);    }    printf("I am child, dead:%d\n",cnt--);    exit(2);//让一个正常的进程退出    }    else     {    //父进程    while(1)    {    printf("I am father,running any time!\n");    sleep(1);    }    //没有回收子进程，子进程会一直为Z状态    //回收操作以后文章讲解}                                                                      return 0;    
}

因为父进程是死循环，不能停下，不能回收子进程，子进程就会出现Z 僵尸状态，称为僵尸进程。

孤儿进程 

上面程序是子进程先运行结束，而父进程先运行结束后出现什么呢？

子进程的父进程先退出了，子进程要被领养，变成孤儿进程。

int main()                                                           
{    pid_t id = fork();    if(id<0)    return 1;    if(id==0)    {    //子进程    while(1)    {    printf("I am child...\n");    sleep(1);    }    }    else    {    //父进程    int cnt = 5;    while(cnt)    {    printf("I am father,run times:%d\n",cnt--);    sleep(1);    }    printf("I am father, dead:%d\n",cnt--);    //父进程先退出，子进程还在运行    //bash会回收掉父进程    //不会管孙子进程    }    return 0;    
}

可以发现子进程的PPID变成了1，被1进程领养，变成孤儿进程。那1号进程是什么呢？

我们可以使用top指令正在运行的进程的相关信息：

1号进程 systemd 就是操作系统。为什么要被领养呢，因为要防止孤儿进程没有进程接收返回值，导致PCB无法释放，造成内存泄漏。

本篇结束！

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