[ Linux ] Linux进程状态

Posted 2022-09-23

Linux内核源代码中，进程的状态是用数字来表示的，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内核里面，进程有时候也叫任务）

/*
* 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 */
;

下面这张图片展示了进程状态之间的关系，现在我们完全不知道这是什么东西！我们接下来逐一分析。

下面是进程的几种状态，接下来我们将逐一介绍

• 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（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。

1.进程各状态的概念

1.1 R-运行态（running）

1. 运行态是进程正在CPU上运行，还是进程只要在运行队列中就叫做运行态呢？

答：所谓的运行态，是只要在运行队列中就叫做运行态，代表我已经准备好了，随时可以被调度！

1.2 终止状态（stopped）

1. 终止状态是这个进程已经被释放，就叫做终止态？还是该进程还在，只不过永远不运行了，随时等待被释放？

答：进程还在，只不过不运行。

2. 此时，我们想问，进程都终止了，为什么不立马释放对应的资源吗，而要维护一个终止态？？

答：我们要释放进程需要花费时间，有没有可能，当前操作系统很忙呢。

1.3 运行阻塞

1. 一个进程使用资源的时候，可不仅仅是在申请CPU资源！‘
2. 进程可能申请更多的其他资源：磁盘，网卡，显卡，显示器资源，声卡/音响

如果我们申请CPU资源，暂时无法得到满足，需要排队的--运行队列

那么如果我们申请其他慢设备的资源呢？ --- 也是需要排队的！(tast_struct在进程排队)

当进程访问某些资源(磁盘，网卡)，该资源如果暂时没有准备好，或者正在给其他进程提供服务，此时：1.当前进程要从runqueue中移除；当前进程放入对应设备的描述结构体中的等待队列！(wait_queue)

当我们的进程此时在等待外部资源的时候，该进程的代码不会被执行，此时进程处于的状态叫做进程阻塞。

阻塞是一种临时状态。

1.4 运行挂起

1. 之前我们提到过，代码是存放在磁盘中的，当运行程序时，先将程序加载到内存，那么当内存不足了怎么办？

当内存不足的时候，操作系统会将该进程的代码进行辗转腾挪，如何辗转腾挪--短期内不会被调度的进程，他的代码和数据依然在内存中！就是在白白浪费空间！操作系统就会把该进程的代码和数据置换到磁盘上！此时被暂时置换到磁盘上的进程就叫做进程挂起。

此时我们将进程的状态都一一介绍了，我们使用Linux操作系统再一一查看一下

2.Linux进程状态

2.1 R 运行态

• 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。

首先我们写一段简单的C语言代码获取pid

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()

  while(1)
  
    printf("这是一个进程  %d\\n",getpid());
    sleep(1);
  
  return 0;

我们输入指令查看

ps ajx | head -1 && ps ajx | grep test|grep -v grep

发现运行的进程怎么是S呢？ 这是因为printf函数太快了，而显示器显示速度太慢啦，因此这个进程看似实在死循环，其实大多数时间都在等待显示器。那么怎么才能进入运行态呢，我们屏蔽掉printf函数，只保留while循环再次进行查看发现已经处于运行态了

2.2 S 睡眠状态

s对应的状态一般叫做阻塞状态！

如何把睡眠状态叫醒呢？只需要把进程状态从S睡眠态转换成R运行态即可。

我们常常把S状态叫做浅度睡眠(也叫做可中断睡眠)，浅度睡眠可以被唤醒或者杀掉他。

只要存在浅度睡眠，那么一定存在深度睡眠，就是D状态

2.3 D 深度睡眠

一般而言，Linux中如果我们等待的是磁盘资源，当进程等待磁盘资源拷贝写入的过程，此时进程处于阻塞状态，这种进程阻塞状态就是D状态（不可被中断），操作系统也不能杀掉该进程，只能等D状态进程自己醒来。等待磁盘给回应才能醒来。D状态和磁盘挂钩，一般不好演示得出。我们有感性的理解即可。

2.4 Z 和 X 状态

X(dead)状态就是所谓的死亡状态。

Z(zombie)状态是僵尸状态。Z状态是一种已经死亡的状态，但是死了之后，不要让操作系统释放它。那该状态存在的意义是什么呢？当一个Linux中的进程退出的时候，一般不会直接进入X状态（死亡，资源可以立马回收），而是进入Z状态，为什么？

因为进程被创建出来一定是要有任务完成，当进程退出的时候，我们怎么知道进程把任务给我们完成了呢？需要将进程的执行结果告知给父进程或者操作系统。

子进程退出，维护Z状态，就是为了让父进程或者操作系统来读取执行结果！父进程和操作系统通过进程等待来读取僵尸进程的信息。下图是内核源码中的退出信息。

模拟僵尸进程？

创建子进程，子进程退出了，父进程不退出，也不等待子进程，子进程退出之后所处的状态就是僵尸状态。我们写一段代码来模拟一下！

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()

  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  
    //child
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    
      printf("我是子进程，我还剩%dS\\n",cnt--);
      sleep(1);
    
    printf("我是子进程，我已经僵尸了，等待被检测\\n");
    exit(0);
  
  else
  
    //父
    while(1)
    
      sleep(1);
    
  
  return 0;

我们在命令行写一段脚本，循环打印进程状态信息

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep test|grep -v grep; 
sleep 1; echo"#########################################################";done

我们发现一开始当子进程还没有僵尸的时候，父子进程都处于S状态

当子进程僵尸时，我们发现此时子进程的状态变成了Z状态

僵尸状态后<defunct> 表示死者，死亡之意。

长时间僵尸，有什么问题呢？

如果没有人回收子进程的僵尸，该状态会一直维护！该进程的相关资源（tast_struct)不会被释放！会造成内存泄漏，因此一般必须要求父进程进行回收。

说到了僵尸进程，我们再谈谈与之相关的孤儿进程。

在我们们刚刚的代码中，子进程先退出，而父进程一直存在，那如果父进程先退出，子进程一直存在，此时子进程的父进程已经被回收了，子进程没有了父进程，我们把这种子进程处于的状态叫做孤儿进程。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()

  pid_t id = fork();
  if(id == 0)
  
    //child
    int cnt = 5;
    while(1)
    
      printf("我是子进程，我还剩%dS\\n",cnt--);
      sleep(1);
    
    printf("我是子进程，我已经僵尸了，等待被检测\\n");
    exit(0);
  
  else
  
    //f
    int cnt = 3;
    while(cnt--)
    
      sleep(1);
    
  

  return 0;

大约执行3秒过后，我们发现父进程不见了，之间子进程了，此时子进程就是孤儿进程，那么孤儿进程要被1号进程领养。这个1号进程就是操作系统。

我们发现子进程状态原先是S+，而后面为什么变成了S呢？并且这段代码不能被ctrl +c强制终止了

其中带+号表示这个进程是前台进程，而前台进程能够被ctrl C的，而不带+的被称为后台进程，我们要终止这个代码，输入kill -9 pid即可杀掉。

2.5 T状态

在上面我们看到暂停状态有T和t两种状态，这两种状态都叫暂停状态，这两种状态没有特别大的区别，而有一种特殊情况对应着t状态。

暂停状态就是让运行的进程暂停一下,这个暂停状态可以理解为我们下载一个东西，我们让他暂停一下；在看视频的时候，暂停了一下。此时这个进程就处于暂停状态。

我们在Linux下模拟一下暂停状态，首先写一段死循环程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()

  while(1)
  
    printf("hello\\n");
    sleep(1);
  

当程序运行起来时，我们输入

kill -19 pid

此时我们做运行的代码被暂停了，此时进程所处的状态就是暂停状态，当我们想让其继续运行时，我们输入

kill -18 pid

而t状态时，当我们使用gdb调试代码时，打上断点后，我们r起来，我们发现了t状态，t表示tracing，表示追踪的意思，当进程被调试的时候，遇到断点所处的状态就是t状态！

（本篇完）