【Linux系统编程】进程属性--进程状态

1.进程的状态

1.1进程的状态在PCB中就是一个变量

一般用宏来定义，例如：

#define RUNNING 1

#define BLOCK 2

struct task_struct中的int status

1.2并行和并发

CPU执行代码，不是把进程代码执行完毕，才执行下一个，而是给每一个进程预分配一个时间片，基于时间片进行调度轮转（单CPU下），叫做并发。CPU切换和运行速度非常快，所以用户感知不到。

并发：多个进程在一个CPU下，采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

并行：多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。

1.3时间片

Linux/windows民用级别的操作系统，基本都是分时操作系统(相对的有实时操作系统，比如在汽车中实时操作系统和分时操作系统都有，比如在踩刹车时，这个进程必须高优先级处理，并且要处理就必须尽快处理完的，这种叫做实时操作系统)，调度任务追求公平。

1.4进程具有独立性

每个进程拥有独立的地址空间和运行环境，彼此隔离，互不干扰。

1.5等待的本质

等待的本质是连入目标设备，CPU不调度了。

运行和阻塞的本质是让不同的进程处在不同的队列中。占有CPU资源和占用设备资源，表现出来的状态分别叫做运行和阻塞。卡住的本质是CPU不调度了，键盘没数据，在等待，或者系统没数据了。

1.5.1什么叫阻塞

列入到设备的等待队列的就是阻塞状态。

1.5.2什么叫运行状态

只要进程在运行队列中，该进程就叫做运行状态，表示我已经准备好了，可以被CPU调度了。所以一般就绪和运行状态是一样的。

1.5.3CPU的运行队列

操作系统内部都要给每一个CPU提供一个运行队列struct rqueue，就是在操作系统内部的一个结构体。

该队列中包含的属性：

• int nums即包含有多少进程
• 其他属性
• task_struct *head指向task_struct(运行进程的PCB)也即所有需要被调度的进程都连入到这个运行队列中

CPU调度时，只需要找到该CPU对应的rqueue，FIFO调度算法选择进程，即基于时间片轮转的先进先出的调度队列。

eg：IO操作，执行scanf【封装有系统调用，去帮操作系统查键盘上有没有数据，如果没有就变成阻塞，不把该进程连入到队列里，而是连入到设备上，把该进程的PCB连入到struct device中的wait_queue队列中，有数据了，操作系统就把这个进程的PCB再连入到运行队列】，如果CPU发现没有按键输入，该进程就不能被继续执行了，该进程会变成阻塞状态，等待底层硬件准备好。

1.5.4操作系统如何管理硬件

先描述

struct device
{int tpye;//表示是哪个设备int status;//表示设备的状态//管理时间//其他属性struct device *next;//设备之间连接task_struct wait_queue;//阻塞的进程都到设备的这个队列中等待
}

再组织：五个硬件设备，那么就有五个struct device

OS管理硬件转化成对链表的增删查改（通过驱动层获取数据）。

1.6挂起状态

• 背景：处于阻塞状态的进程的PCB对应有代码和数据，是占内存的，但是目前还没有被调度时，这部分内存资源其实是浪费的。这个时候，如果内存资源严重不足，OS就会把正在阻塞状态的进程的代码和数据换出到磁盘中，只留下其PCB。后来键盘有数据了，OS就把该进程的代码和数据换入回来，然后再把PCB中的阻塞改为运行，并把该PCB连入到运行队列中。
• 在内存资源严重不足时，所有在等待外设的进程都有可能被换出。
• 磁盘中有一个专门用来换入换出的交换分区（swap分区），本质是用时间换空间。
• 云服务器中的swap分区功能一般禁掉。
• 换入换出的本质是IO，所以比较慢。
• 被换出的进程，此时的状态叫做阻塞挂起状态。
• 也有运行挂起，风险较大，一般不。
• 换入换出解决不了的时候，OS会优先保证自己的安全，所以可能会把一些占用资源最多的进程直接结束。比如一些应用程序闪退了。

2.Linux进程的状态

2.1R运行状态

ps axj | grep code查看进程code

ps axj | head -1 && ps axj | grep code查看进程，看到状态是S+，+代表是前台跑的。

去掉printf代码后，变成R+状态

因为99％的时候都是在IO（printf），太慢了，所以只有很少的时候在运行队列里，大部分时候是在等待的。

2.2S休眠状态

本质是阻塞等待状态

修改代码为scanf再printf

在等待阻塞的状态时，是可以被信号中断的kill -9 3086，这叫做可中断睡眠浅睡眠。

2.3D深度睡眠，不可被杀掉的状态

disk磁盘，也是阻塞等待的状态的一种。不可中断睡眠，深睡眠。

磁盘用来存取数据，永久的。

背景：

• 一个进程A的任务是保存一整天银行的交易记录，这个进程要把数据写到磁盘中。
• 进程把数据交给磁盘。
• 磁盘保存数据非常慢，保存数据非常花时间。
• 磁盘正在写入数据的期间，进程A在阻塞等待磁盘把数据写完，所以进程A从运行队列中剥离，进到磁盘的等待队列中，此时进程A的状态是D。此时OS发现此时内存资源严重不足了，但是进程A是深度睡眠，不可被杀掉的状态，进程A就可以得到磁盘的写入结果，成功或者失败，这样数据就不会在系统层面丢失了。

等待磁盘的时候必须是D状态，防止数据丢失。

一般查到进程是D状态，说明系统快挂掉了。

2.4T暂停状态

kill -l查看信号

• 19信号是用来暂停一个进程
• kill -19 4770停止进程4770
• 18信号继续
• kill -18 4770继续进程
• 表示进程做了非法但是不致命的操作，被OS暂停了。

前台进程S+

• ./code &再回车就把前台任务变成后台任务了。
• ctrl c可终止

后台进程S

• 暂停再开始，进程会到后台运行
• ctrl c无法禁止
• kill -9 4770才能杀掉

为什么要放在后台

• 方便继续命令行操作等

2.5t追踪暂停状态

gdb code

打断点。

当进程被追踪时，断点停下，进程状态就是t。

2.6X死亡状态

1.进程为什么会被创建？

进程创建出来是为了完成用户的任务。

2.进程退出后，任务完成了吗？

• 通过进程执行的结果，告知父进程或OS，我把任务完成的如何。
• echo $?用来记录最近程序退出时的退出信息，0表示进程执行成功，非0表示执行出错。

3.main函数返回0，就是告诉父进程(bash)我的执行结果是正确的。

2.7Z僵尸进程

1.先进入Z状态，然后才有X状态。

2.为什么要有Z状态?

维持退出信息，方便父进程或OS来查询。

3.进程退出后，代码不会执行了，所以代码和数据不需要存在了。首先可以立即释放的就是进程对应的程序信息数据。

4.进程退出，要有退出信息（进程的退出码int code（main函数的返回值））保存在自己的task_struct内部。

5.管理结构task_struct必须被OS维护起来，方便用户未来进行获取进程的退出信息。

6.创建的时候，先创建内核数据结构再加载代码和数据。

7.退出的时候，先释放代码和数据，再维护内核数据结构，此时进程的这个状态叫做僵尸状态，此时父进程或OS可以通过内核数据结构获取进程退出信息。

2.7.1看到僵尸进程

1.创建子进程

2.父子进程同时存在

3.让子进程退出，父进程存活，但是让父进程什么都不做

4.杀掉子进程，Z状态

Z状态，如果没人回收我（默认没人管，一般需要父进程读取子进程信息，子进程才会自动退出，后面说怎么做），我会一直僵尸🧟‍♂️那么task_struct会一直存在，一直消耗内存。即内存泄漏了。

5.父在，子退，子进程僵尸🧟‍♀️

语言层面的内存泄漏问题，如果常驻内存的进程中出现内存泄漏，（不退出，会一直占用内存，即内存泄漏）影响比较大。

6.malloc出来的空间，这个进程退出后，申请的空间也会释放（因为申请的空间属于程序的数据）

2.8孤儿进程

父退，子在

1.父进程退了为什么没有僵尸？

因为父进程的父进程是bash

2.子进程的ppid变成了1？

1代表system

子进程的PPID变成1了，代表被系统自动领养了。

子进程未来想退出了，系统会自动回收子进程。

3.被领养的进程默认回到后台运行，所以ctrl c无法杀掉，只能kill -9 pid