【Linux系统编程】第十八弹---进程状态(上)

✨个人主页：熬夜学编程的小林

💗系列专栏：【C语言详解】【数据结构详解】【C++详解】【Linux系统编程】

1、操作系统进程

1.1、进程背景

1.2、进程如何在CPU上运行的？

1.2、进程状态

2、Linux的进程状态

2.1、如何描述进程状态？

2.2、R 和S 运行状态

2.3、T/t 运行状态

2.4、D 运行状态

2.5、僵尸状态(Z)

2.6、死亡状态(X)

总结

1、操作系统进程

1.1、进程背景

由于Linux是一个多用户，多任务的系统，可以同时运行多个用户的多个程序，就必然会产生很多的进程，而每个进程会有不同的状态。

进程状态：一个程序被加载到内存变成进程之后，操作系统要对该进程进行管理，即为其创建对应的PCB对象，而进程状态，本质上就是PCB内部的一个整形变量，不同的整形值就对应不同的进程状态。

常见的进程状态：运行、挂起、阻塞、新建、就绪、等待、挂机、死亡。进程的不同状态本质都是用来满足不同的运行场景的。

1.2、进程如何在CPU上运行的？

CPU在内核上维护了一个运行队列，进行对进程的管理。让进程入队列，本质就是将该进程的task_struct 结构体对象放入运行队列之中。一个CPU就一个运行队列。

1.2、进程状态

1. 运行状态：
进程PCB在运行队列里就是运行状态，不是说这个进程正在运行，才是运行状态。

状态是进程内部的属性，所有的属性在PCB里。

进程不只是占用CPU资源，也有可能随时要外设资源

2. 阻塞状态：
进程不在运行队列之中，进程不能直接被调度，而是在等待外设资源的状态，进程的PCB就被放在硬件的等待队列中。本质是对tack_struct对象放到不同的队列中！

综上，所谓的进程不同的状态，本质是进程在不同的队列之中，等待某种资源

3. 挂起状态：
如果系统中存在许多进程，进程短期内不会被调度，代码和数据在短期内不会被执行，此时如果内存空间不足，操作系统就可以把代码和数据暂时保存到磁盘上，节省一部分空间，该进程暂时被挂起了，这就是挂起状态。

对于阻塞状态和挂起状态，阻塞不一定挂起，挂起一定是阻塞。

2、Linux的进程状态

下面的状态在kernel源代码里定义：

 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 */
};

2.1、如何描述进程状态？

进程状态实质是结构体task_struct内部的一个属性。通过宏定义的方式进行描述以及更改进程状态。

例如：

#define RUN 1
#define SLEEP 2  // 用数字表示进程意思
#define STOP 3

struct task_struct
{
    // 内部的一个属性
    int status;
}

struct task_struct process1; //创建进程
process1.status=RUN;//设置进程状态

补充：vim替换

:%s/name1/name2/ # name2替换掉name1 在命令模式中

2.2、R 和S 运行状态

R (running): 进程运行的状态。

S (sleeping): 休眠状态，进程在等待 “资源” 就绪，可中断睡眠。

通过编写C语言代码就行验证，此处依旧使用makefile工具。

makefile 代码：

testStatus:testStatus.c
	gcc -o $@ $^ 
.PHONY:clean
clean:
	rm -f testStatus

testStatus.c 代码，测试代码：

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

int main()
{
	while (1)
	{
		printf("I am a process,pid: %d\n", getpid());
	}
	return 0;
}

输入命令./testStatus 运行可执行程序，并使用ps 查看进程信息。

查看进程信息

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep testStatus | grep -v grep; sleep 1;done

通过运行结果我们可以看到，我们的进程一直在运行，但是进程状态是S+状态，按照我们正常的理解在运行的程序不就是R(运行)状态？那为什么这里确实S+状态呢？？？

因为：printf的本质是往显示器上打印；而程序的运行是在千里之外的云服务器上跑，最终打印出来的信息显示到我们本地的显示器上；根据冯诺依曼体系结构，显示器是一个外设，所以CPU在跑当前的程序时，把数据写入到我们当前的内存当中，打印数据的顺序：先写入到内存里，再刷新到外设里。可是我们无法保证每次打印的时候，显示器的状态都是就绪的，因为程序是CPU跑的，CPU的运算速度要比显示器本身的速度要快的多，所以进程在被调度的时候，要访问显示器的资源，因为资源要一直在显示器上打，所以大部分时间，相比较CPU来讲，大部分时间，我们对应的进程都在等待我们的设备资源是否就绪。就比如：代码执行到 printf 的时候，CPU是几纳秒，而数据刷新到显示器的时间是几毫秒，其余大部分时间都在等待中，而这等待的时间，就是(S)休眠状态。

补充：

./testStatus & # 在执行可执行程序后面加&符号，为在后台运行，跑起来后面不带+号。+号表示在前台还是后台运行，以什么为参考系后面说。后台运行后面有数字(pid)，且ctrl +c 不能中断进程，需用kill -9 pid杀掉进程。

2.3、T/t 运行状态

补充命令 kill ：

语法：

kill [-s <信号名称或者编号>][程序] 或 kill [-l <信息编号>]

功能：

给指定命令发信号。

常见选项：

-l <信息编号> : 若不加<信息编号>选项，则 -l 参数会列出全部的信息名称。

总共有64个信息编号。前面我们使用了-9杀死进程，下面我们会用到-18(SIGCOUT)进程继续以及-19(SIGSTOP)暂停进程。

T(stopped) :让进程暂停，等待被进一步唤醒。暂停后自动会变成后台。

下图可以看到细节：从S+状态(前台运行)变成T，再由T状态变成了S状态(后台运行)。

t (tracing stop) : 当前的进程因为被追踪而暂停了。

我们有没有让进程暂停过？？？

答案是当然有，在我们调试代码的时候，断点就是让进程暂停。

2.4、D 运行状态

讲解D状态之前我们先讲解一个故事。

★ 一个进程A要将1个G的数据存储到硬盘，根据冯诺依曼体系结构可以知道，本质是把数据从内存交给外设，由于速度差，进程需要等待硬盘资源把数据写入完毕，此时进程处于S状态，又因为操作系统管理进程，当系统整个的内存资源严重不足时，Linux操作系统有权利杀掉进程来释放空间，然后操作系统把A进程杀掉，但是此时B进程要给硬盘写入数据，硬盘需要去照顾B进程，导致A进程写入数据失败了，1GB的数据丢失了，如果这个数据是银行的转账记录，那么可能造成很大的影响。

★ 为了避免这种情况，如果进程在等待硬盘资源时，进程需要将自己的状态设为D状态：不可被杀深度睡眠，不可中断睡眠。

★ 我们一般不会遇到这种情况，从事系统管理、运维、存储等工作可能会遇到。

D (disk sleep): Linux系统比较特有的一种进程状态，不可被杀，深度睡眠，不可中断睡眠。

杀死D状态的方法：

1、进程自己醒来。

2、重启，重启不行则断电。

2.5、僵尸状态(Z)

僵尸状态也叫僵死状态，它是在进程在死亡状态之前的状态。当一个进程运行完毕、出现问题或者被杀掉以后，它所占用的内存资源和退出状态没有被它的父进程回收，此时这个进程的状态就称为僵尸状态。

2.6、死亡状态(X)

当一个进程执行结束或者是被操作系统杀掉，它的PCB被操作系统删除，并且对应加载到磁盘上的二进制代码也被删除，此时这个进程就处于死亡状态了。

当一个进程占有内存的所有资源被回收以后，这个进程就处于死亡状态。进程的死亡状态是看不到的，因为只有在回收完成的那一刻才会出现，PCB不存在也就搜索不到这个进程，所以也无法演示。