【进程篇】04.进程的状态与优先级

一、进程的状态

1.1 进程的状态

1.1.1 并行与并发

• 并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行
• 并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一个时间片内，让多个进程都得以推进

1.1.2 时间片的概念

LInux/windows这些民用级别的操作系统都是分时操作系统，根据时间片进行调度轮转的，与之相对的是实时操作系统

1.1.3 进程具有独立性

上一篇博客中已经讲过。

1.1.4 认识运行、阻塞与挂起

• 在CPU中有一个runqueue，操作系统会根据FIFO获取进程并将进程基于时间片进行调度轮转，因而只要进程在runqueue中就已经是运行态。
• 操作系统会对设备进行管理，因此有了struct device 对设备进行先描述后组织。当进程执行到某一位置时，可能会调用外部设备（如键盘），这时就会将进程链入waitqueue中，这一状态称为阻塞态。
• 当内存内存资源严重不足时，操作系统会将等待队列的进程中的数据换出到磁盘中，而当用户完成指定操作后又会将数据换入到内存中，磁盘中支持此操作有专门的分区（swap分区）。这也就是阻塞挂起状态。
• 对于阻塞挂起状态本质就是以时间换空间的做法，现在大部分的公司都会禁掉该操作。

1.2 Linux的进程状态

下面这段代码是Linux0.11版本中的状态源码：

/*
* 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
• S ：浅度休眠状态，可以被kill
• D：磁盘休眠状态，不可被kill

D状态存在的意义在于，当内存资源严重不足时，操作系统可能会将正在向磁盘传输数据的进程杀掉以维持自身安全，但是数据是不可恢复的，一旦进程被终止，我们并不知道传输数据这个操作是否成功，因此引入了D状态，使得操作系统不能杀死处于D状态的程序。

• T：暂停状态，通常是进程做了非法但不致命的操作，只能用kill -9终止
• t ：追踪暂停状态，常见调试时打断点
• X：死亡状态
• Z：僵尸状态，用于维护自己的task_struct，方便为了父进程读取进程退出信息

理解X状态和Z状态
• 进程创建的目的自然是为了完成用户的任务。那么进程就需要知道这个任务完成的情况，这样就需要将执行的进程的执行结果返回给父进程/操作系统。我们可以使用$?来查看最近的一个进程的退出信息。
•进程=内核数据结构(struct task_struct)+代码和数据。进程在退出时，首先立即释放的就是该进程的代码和数据。但是进程的退出信息需要返回给父进程/操作系统，而退出信息保存在task_struct中。因此进程的退出信息必须要被操作系统维护起来，方便用户的获取。*这时的进程状态就是Z状态。 *当进程的退出信息被父进程/操作系统获取之后，进程就销毁了，这时的进程就是X状态。

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知道了当子进程退出，父进程没有退出时，子进程就是僵尸进程；那么当父进程退出，子进程没有退出时是什么情况呢？
这就是孤儿进程，子进程会被系统领养，当它退出时，系统会对这个子进程进行处理回收。

二、进程的优先级

2.1 概念

优先级本质上就是对某种资源获取的先后顺序，这种资源往往是稀缺的。在进程层次来看，优先级竞争的是CPU资源。

2.2 Linux进程优先级

我们可以使用ps -l 查到优先级信息：

[caryon@VM-24-10-centos ~]$ ps -l
F S   UID   PID  PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S  1001  6876  6875  0  80   0 - 29247 do_wai pts/0    00:00:00 bash
0 R  1001  6975  6876  0  80   0 - 38332 -      pts/0    00:00:00 ps

在task_struct中有优先级属性，它是通过几个int类型的变量来表示优先级的。优先级的数字越小，对应进程的优先级越高。
上图中的PRI和NI两个属性影响进程的优先级，其中PRI是默认优先级（80），NI是优先级的修正数据（[-20,20))。

优先级如何进行调整呢？
使用top指令，输入r，然后根据提示进行调整。

但是一般情况下我们不对优先级进行调整，即使调整也要保证nice值有一定的范围，这是因为我们的操作系统是分时操作系统，对进程的调度要尽量公平。

UID
上图中我们还看到了UID这一属性，UID全称User Identify，是用以标记进程是谁启动的。在文件显示时，我们可以使用ll -n来以数字显示文件的相关属性，这个数字也是UID。

[caryon@VM-24-10-centos linux]$ ll -n
total 2452
drwxrwxr-x 2 1001 1001   4096 Sep 16 11:39 test

前面我们知道文件有自己的权限，即拥有者、所属组；我们还知道Linux下一切皆文件，所有的操作都是进程操作，因此进程会记录是谁启动的这个进程。通过UID与文件的拥有者、所属组进行对比实现了对权限的控制。