Linux基础之进程-进程状态

一、进程状态

1.1 什么是进程状态

1.2 运行状态

1.2 阻塞状态

1.3 挂起状态

二、Linux操作系统上具体的进程状态

2.1 状态

2.2 R 和 S 状态的查看

2.3 后台进程和前台进程

2.4 休眠状态和深度休眠状态

一、进程状态

1.1 什么是进程状态

首先我们知道我们的操作系统是通过我们的PCB来管理我们的进程的，那么我们的状态这个属性一定在我们的PCB这个结构体里（其在PCB中是一个整形字段）。用简单的话来说，用宏定义（也可能是其他方式）了几个值，用这几个值来代表我们不同的状态。

#define NEW 1
#define RUNNING 2
#define BLOCK 3

struct PCB
{
   ...//其他属性
   int status;//状态
}//通过改变status的值来代表改变进程的状态

根据一些教材上的描述，进程大概会有以下的一些状态。

（图片来源于网络）。
接下来我就来给大家好好介绍一下这些状态（其中创建状态、就绪状态和运行状态我统一归结为运行状态）。

1.2 运行状态

在上文回答第四个问题的时候，我有提到过一个运行队列的概念，它提供了一种有序执行任务的机制，使得任务的执行顺序可控，并能够有效地利用系统资源。所以我们的OS会维护一个运行队列去存放我们的进程，而我们的CPU则会去执行该队列PCB所指的代码。

由此，我们的出一个概念：

不管一个进程是否在被处理，只要其PCB加入了运行队列，我们就称其处在运行状态。

1.2 阻塞状态

我们的代码一定会或多或少的会访问系统中的某些资源，比方说：键盘、硬盘等等，在比方说我们的scanf()和cin>> ，本质上都是从我们的键盘上读取数据，那要是我们一直不输入怎么办，那是不是我们的程序会一直卡在那，不动了。为什么会不动呢，因为需要的数据没有就绪，也就是我们进程要访问的资源没有就绪，条件不具备，我们的代码就没办法往下执行。
我们的OS要管理我们的进程，也同样会去管理我们的硬件资源，也就是说我们设备的资源充不充足，有没有就绪，OS是知道的，怎么知道的呢，通过维护我们的硬件资源的dev_list。但这个
list多个一个属性：PCB* wait_queue。也就是说，当我们的设备资源不充足时，我们对应的PCB就会加入到该设备的这个等待队列中，而我们把在设备的等待队列中的PCB的状态叫做阻塞状态。

通过这部分的讲解，我们可以得到一个结论：

进程状态变化的本质：

1.更改PCB 对应的status变量的值

2.将PCB链入到我们不同的队列当中

1.3 挂起状态

如果一个进程当前被阻塞了，那就注定了这个进程在其所需要的资源没有就绪之前是不会被调度的。那么如果这个时候我们的操作系统内的内存资源严重不足了该怎么办？
我们的操作系统在我们的磁盘中划分了一个叫做swap的分区，其作用就是在我们OS的内存资源不足的时候，换取一些资源回来。怎么换呢？换谁呢？就换我们处于阻塞状态的进程。

将我们的PCB的数据（是数据置换了，留出空间，而不是这个进程没有了）置换到我们的swap分区，置换之后我们的进程所处状态就叫挂起状态。
这个时候可能有人会问，OS不是非常注重效率的吗，其主动去访问我们的磁盘，不会降低我们OS的效率吗？确实会影响我们OS的效率，但是这个时候OS都快挂掉了，所以优先考虑的问题是让OS运行下去。
当之后我们的资源空闲出来，我们的进程被重新调度时，曾经被置换出去的数据和代码，又会被重新置换回来。

二、Linux操作系统上具体的进程状态

2.1 状态

先来看看再kernal内核里的代码

/*
* 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 */
}

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。

2.2 R 和 S 状态的查看

我们可以通过我们的代码和我们的指令来查看我们的进程状态，先写一段代码。

可以看到我们的状态如下
其中STAT（status）就代表我们的状态栏，可以看到我们的程序，一直明明在跑，却处于我们的S（即阻塞状态）状态，这是为什么呢？其实我们的CPU速度是很快的，程序其实已经走完了，但是我们的printf语句是需要访问我们的外设的（显示器），访问外设又是一个比较慢的过程，所以该进程的大部分时间都处于S状态。那如果我们不输出呢？

可以看到我们的进程状态就可以被观测到处于我们的R状态（运行状态）。至于这个+号是什么意思，我们马上就能知道了。

2.3 后台进程和前台进程

有+号代表是前台进程，没有的代表是后台进程。
首先这两个概念是什么意思呢？

前台进程：进程在被执行时，无法使用其他的指令，且其可以被ctrl + C 强行终止掉

后台进程：进程在被执行时，可以使用其他的指令，但是不能被ctrl + C 强行终止掉，所以需要kill将其杀掉。

那怎么将我们的进程变成一个后台进程呢？

在执行我们的程序时，在其后面加上一个 &
类似于： ./mybin &

给大家演示一下：

可以看到我们在边执行程序的时候还可以使用我们的指令（如果要终止这个进程使用指令 kill -9 + 该进程的PID）。

2.4 休眠状态和深度休眠状态

对于这个状态给大家举个例子就能理解了，假设我们有一个进程正在向磁盘中存放数据（数据量有点大）,由于访问我们的硬件速度很慢，我们的进程就会进入我们的S状态（即阻塞状态）,如果这个时候我内存资源已经不够，swap分区也不够用了，需要干掉一些进程来存活，那恰好就把这个还在等待磁盘返回结果的进程干掉了，其数据全都释放了。那此时，如果我们的磁盘存储失败了，那我们的这部分数据就丢失了，那是不是很容易造成很严重的影响。所以就有了我们深度睡眠状态D，不可被中断。