快@你的好兄弟好姐妹来内卷进程状态

Posted 2022-03-08 做1个快乐的程序员

进程状态

• 1、什么是进程状态
• • 1.1 进程概念和进程控制块
  • 1.1 进程状态的引出
• 2、进程状态
• • 2.1 进程状态的查看
  • 2.2 进程的5种状态
  • • 2.2.1 R - 运行状态
    • 2.2.2 S - 浅度睡眠状态
    • 2.2.3 D - 深度睡眠状态
    • 2.2.4 T - 停止状态
    • 2.2.5 X - 死亡状态

1、什么是进程状态

1.1 进程概念和进程控制块

  各位读者要学习进程状态，相信已经对进程的概念有了初步了解，通俗来讲，进程就是运行起来的程序，是担当分配系统资源的实体。 操作系统为了对进程进行管理，除了将磁盘中的可执行程序加载到内存中，还会创建相关数据结构来管理进程，这个数据结构就是进程控制块-PCB，这里的PCB是对所有进程控制块的统称；Linux中的PCB是task_struct，而Windows中的PCB是EPROCESS。进程控制块PCB中存储着我们进程的各种各样的信息，其中就包括我们的进程状态。

1.1 进程状态的引出

  对于进程状态这个概念，可能大家之前比较陌生，但大家应该听说过创建、就绪、运行、阻塞、结束等名词，这五个就是进程的一些常见状态。但是这些状态不是具体的一款操作系统进程的状态，而是操作系统提取Linux、Windows、Mac等系统进程状态的共性总结出来的进程5大状态，因此操作系统也被称为计算机的哲学。

  而我们今天是要具体到一款操作系统，学习一款操作系统中进程的具体状态，我们以Linux系统为例。

2、进程状态

2.1 进程状态的查看

  为了让各位读者对进程状态有一个概念上的理解，我们创建了Makefile和procstat.c两个文件，内容如下：

图一：Makefile

图二：procstat.c

  无非就是一个死循环程序，当我们运行起来，其结果无非就是死循环打印“proc is running!”，并休眠1s，此时我们另开一个终端窗口，输入命令查看系统中进程的相关信息，并将头部信息进行打印。我们发现头部信息有一列为STAT，STAT就代表了当前进程的状态。

图一：Makefile

图二：procstat.c

  通过上面的操作，我们可以推出这样的结论： 进程状态是可以抽象化成数据的，然后保存在进程控制块task_struct中。

2.2 进程的5种状态

2.2.1 R - 运行状态

  进程是R状态，不代表正在运行！代表可被调度。所以一个CPU，是可以同时存在多个R状态进程的。换言之，操作系统在调度的时候，只有R状态的进程才有可能被调度。下图中，我们给出了一个链表，链表中一个节点就代表一个进程的task_struct，task_struct中存放着进程的进程状态：我们的操作系统只需要找到描述进程状态的task_struct，就可以获取到每个进程的状态。

  但是操作系统要想找出状态为R的进程，就要遍历链表，而遍历链表本身就是一个O(N)时间复杂度的事情。所以操作系统在系统内部，除了将所有PCB组织成双链表，保证我们可以找到进程之外，操作系统还会维护一个概念—调度队列。即系统中所有处于R状态的进程都会被链接起来，形成一个队列。操作系统在进程调度的时候直接找这个队列就可以了，按照相应的算法调度进程。比如：FIFO先来先服务等。

  我们想要实际观察到进程的状态，此时我们修改上面procstat.c的代码。此时我们就观察到了进程的R状态。

图一：procstat.c

图二：运行结果

图三：进程查询结果

2.2.2 S - 浅度睡眠状态

  我们继续修改代码，查询相应的进程，发现procstat的STAT状态为S+，即休眠状态。我们通常将Linux下的休眠状态称为浅度睡眠，一般用来进程等待某种事件发生。浅度体现在该进程可以随便被唤醒，甚至可以直接被杀掉。

图一：procstat.c

图二：进程查询结果

2.2.3 D - 深度睡眠状态

  我们无法演示深度睡眠状态，但是该状态是的的确确存在的，我们举一个例子来帮助各位读者理解。
  进程A的任务是有数据过来时往磁盘存数据，进程B的作用是将数据传输给进程A，但是此时数据为10G，存取到磁盘需要很长时间，并且进程B是要清楚进程A是否将数据成功存储。

  在整个数据转移过程中。进程B等待过程属于S状态，而此时系统很忙，操作系统OS清理闲置进程，进程B就被杀死，但是进程A存储失败，不知道是否继续存储还是清掉部分内容再存储。所以导致出错，但是他们三个部分各自做各自的工作，谁都没有错。所以此时就有了D状态。D状态表示该进程不会被杀掉，即便你是操作系统。要么计算机重启，要么自动唤醒，才可以恢复。

2.2.4 T - 停止状态

  我们kill -l就可查看信号的列表，可以看到总共有62个信号，其中1-31属于普通信号，34-64属于实时信号。我们是可以向某一正在运行的进程发送暂停信号的，收到暂停信号的进程就会进入暂停状态，关于信号的知识点小编会在后续的文章中进行补充，这里不是重点，知道即可。暂停信号的编号是19，SIGSTOP。

  我们修改代码，此时代码为死循环打印，此时我们查询进程的状态，当程序运行时，程序始终处于S+状态，这个地方可能就有同学疑问了，我的程序明明在死循环打印，为什么还是处于S状态呢？我们在procstat.c文件中调用了输出函数，该函数是往外设—显示器上输出信息，而我们的CPU是很快的，所以大部分的工作时间不是CPU向缓存池输入数据，而是内存向外设-显示器输出，所以进程大部分时间仍然处于休眠。因为外设太慢了。
  当我们向正在运行的进程发送SIGSTOP命令后，该进程的状态变为T状态。

图一：procstat.c

图二：进程查询结果

  处于T状态的进程是可以重新被唤醒的，我们向处于暂停T状态的进程发送18号信号-SIGCONT命令，此时进程被重新唤醒。

这里需要注意的是，T状态和S状态是有区别的：
  休眠本质上是一种挂起状态。
  暂停意味着暂时不跑。
  S状态可能是为了等待某种需求，而T状态可能就是单纯的想让一个进程暂停。

2.2.5 X - 死亡状态

  X状态我们也是无法进行模拟的，这个状态只是一个返回状态，我们用户不会在人物列表中看到这个状态。此时表示该进程已经完成工作，系统为其申请的各种资源也已被释放。

结束语：读了这篇文章有没有对你有帮助呢？还不快分享给你的好伙伴一起学习！除了这5种，还有僵尸进程、孤儿进程、守护进程，小编会在后续文章中持续分享，我们共同进步！