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[ Linux ] Linux进程状态

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2022-09-29
Linux内核源代码中,进程的状态是用数字来表示的,为了弄明白正在运行的进程是什么意思,我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态(在Linux内核里面,进程有时候也叫

Linux内核源代码中,进程的状态是用数字来表示的,为了弄明白正在运行的进程是什么意思,我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态(在Linux内核里面,进程有时候也叫任务)

/*
* 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 */
};

下面这张图片展示了进程状态之间的关系,现在我们完全不知道这是什么东西!我们接下来逐一分析。

[ Linux ] Linux进程状态_进程状态

下面是进程的几种状态,接下来我们将逐一介绍

  • 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(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。


1.进程各状态的概念

1.1 R-运行态(running)

  • 运行态是进程正在CPU上运行,还是进程只要在运行队列中就叫做运行态呢?
  • 答:所谓的运行态,是只要在运行队列中就叫做运行态,代表我已经准备好了,随时可以被调度!

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_02

    1.2 终止状态(stopped)

  • 终止状态是这个进程已经被释放,就叫做终止态?还是该进程还在,只不过永远不运行了,随时等待被释放?
  • 答:进程还在,只不过不运行。

  • 此时,我们想问,进程都终止了,为什么不立马释放对应的资源吗,而要维护一个终止态??
  • 答:我们要释放进程需要花费时间,有没有可能,当前操作系统很忙呢。

    1.3 运行阻塞

  • 一个进程使用资源的时候,可不仅仅是在申请CPU资源!‘
  • 进程可能申请更多的其他资源:磁盘,网卡,显卡,显示器资源,声卡/音响
  • 如果我们申请CPU资源,暂时无法得到满足,需要排队的--运行队列

    那么如果我们申请其他慢设备的资源呢? --- 也是需要排队的!(tast_struct在进程排队)

    当进程访问某些资源(磁盘,网卡),该资源如果暂时没有准备好,或者正在给其他进程提供服务,此时:1.当前进程要从runqueue中移除;当前进程放入对应设备的描述结构体中的等待队列!(wait_queue)

    当我们的进程此时在等待外部资源的时候,该进程的代码不会被执行,此时进程处于的状态叫做进程阻塞。

    阻塞是一种临时状态。

    1.4 运行挂起

  • 之前我们提到过,代码是存放在磁盘中的,当运行程序时,先将程序加载到内存,那么当内存不足了怎么办?
  • 当内存不足的时候,操作系统会将该进程的代码进行辗转腾挪,如何辗转腾挪--短期内不会被调度的进程,他的代码和数据依然在内存中!就是在白白浪费空间!操作系统就会把该进程的代码和数据置换到磁盘上!此时被暂时置换到磁盘上的进程就叫做进程挂起

    [ Linux ] Linux进程状态_孤儿进程_03

    此时我们将进程的状态都一一介绍了,我们使用Linux操作系统再一一查看一下

    2.Linux进程状态

    2.1 R 运行态

    • 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。

    首先我们写一段简单的C语言代码获取pid

    #include <stdio.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
    while(1)
    {
    printf("这是一个进程 %d\n",getpid());
    sleep(1);
    }
    return 0;
    }

    我们输入指令查看

    ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 'test'|grep -v grep

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_04

    发现运行的进程怎么是S呢? 这是因为printf函数太快了,而显示器显示速度太慢啦,因此这个进程看似实在死循环,其实大多数时间都在等待显示器。那么怎么才能进入运行态呢,我们屏蔽掉printf函数,只保留while循环再次进行查看发现已经处于运行态了

    [ Linux ] Linux进程状态_孤儿进程_05


    2.2 S 睡眠状态

    s对应的状态一般叫做阻塞状态!

    如何把睡眠状态叫醒呢?只需要把进程状态从S睡眠态转换成R运行态即可。

    我们常常把S状态叫做浅度睡眠(也叫做可中断睡眠),浅度睡眠可以被唤醒或者杀掉他。

    [ Linux ] Linux进程状态_僵尸进程_06

    只要存在浅度睡眠,那么一定存在深度睡眠,就是D状态

    2.3 D 深度睡眠

    [ Linux ] Linux进程状态_僵尸进程_07

    一般而言,Linux中如果我们等待的是磁盘资源,当进程等待磁盘资源拷贝写入的过程,此时进程处于阻塞状态,这种进程阻塞状态就是D状态(不可被中断),操作系统也不能杀掉该进程,只能等D状态进程自己醒来。等待磁盘给回应才能醒来。D状态和磁盘挂钩,一般不好演示得出。我们有感性的理解即可。


    2.4 Z 和 X 状态

    X(dead)状态就是所谓的死亡状态

    Z(zombie)状态是僵尸状态。Z状态是一种已经死亡的状态,但是死了之后,不要让操作系统释放它。那该状态存在的意义是什么呢?当一个Linux中的进程退出的时候,一般不会直接进入X状态(死亡,资源可以立马回收),而是进入Z状态,为什么?

    因为进程被创建出来一定是要有任务完成,当进程退出的时候,我们怎么知道进程把任务给我们完成了呢?需要将进程的执行结果告知给父进程或者操作系统。

    子进程退出,维护Z状态,就是为了让父进程或者操作系统来读取执行结果!父进程和操作系统通过进程等待来读取僵尸进程的信息。下图是内核源码中的退出信息。

    [ Linux ] Linux进程状态_僵尸进程_08


    模拟僵尸进程?

    创建子进程,子进程退出了,父进程不退出,也不等待子进程,子进程退出之后所处的状态就是僵尸状态。我们写一段代码来模拟一下!

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
    //child
    int cnt = 5;
    while(cnt)
    {
    printf("我是子进程,我还剩%dS\n",cnt--);
    sleep(1);
    }
    printf("我是子进程,我已经僵尸了,等待被检测\n");
    exit(0);
    }
    else
    {
    //父
    while(1)
    {
    sleep(1);
    }
    }
    return 0;
    }

    我们在命令行写一段脚本,循环打印进程状态信息

    while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 'test'|grep -v grep;
    sleep 1; echo"#########################################################";done

    我们发现一开始当子进程还没有僵尸的时候,父子进程都处于S状态

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_09

    当子进程僵尸时,我们发现此时子进程的状态变成了Z状态

    [ Linux ] Linux进程状态_孤儿进程_10

    僵尸状态后<defunct> 表示死者,死亡之意。

    长时间僵尸,有什么问题呢?

    如果没有人回收子进程的僵尸,该状态会一直维护!该进程的相关资源(tast_struct)不会被释放!会造成内存泄漏,因此一般必须要求父进程进行回收。


    说到了僵尸进程,我们再谈谈与之相关的孤儿进程。

    在我们们刚刚的代码中,子进程先退出,而父进程一直存在,那如果父进程先退出,子进程一直存在,此时子进程的父进程已经被回收了,子进程没有了父进程,我们把这种子进程处于的状态叫做孤儿进程。

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
    //child
    int cnt = 5;
    while(1)
    {
    printf("我是子进程,我还剩%dS\n",cnt--);
    sleep(1);
    }
    printf("我是子进程,我已经僵尸了,等待被检测\n");
    exit(0);
    }
    else
    {
    //f
    int cnt = 3;
    while(cnt--)
    {
    sleep(1);
    }
    }

    return 0;
    }

    大约执行3秒过后,我们发现父进程不见了,之间子进程了,此时子进程就是孤儿进程,那么孤儿进程要被1号进程领养。这个1号进程就是操作系统。

    [ Linux ] Linux进程状态_僵尸进程_11

    我们发现子进程状态原先是S+,而后面为什么变成了S呢?并且这段代码不能被ctrl +c强制终止了

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_12

    其中带+号表示这个进程是前台进程,而前台进程能够被ctrl C的,而不带+的被称为后台进程,我们要终止这个代码,输入kill -9 pid即可杀掉。

    2.5 T状态

    在上面我们看到暂停状态有T和t两种状态,这两种状态都叫暂停状态,这两种状态没有特别大的区别,而有一种特殊情况对应着t状态。

    暂停状态就是让运行的进程暂停一下,这个暂停状态可以理解为我们下载一个东西,我们让他暂停一下;在看视频的时候,暂停了一下。此时这个进程就处于暂停状态。

    我们在Linux下模拟一下暂停状态,首先写一段死循环程序

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    int main()
    {
    while(1)
    {
    printf("hello\n");
    sleep(1);
    }
    }

    当程序运行起来时,我们输入

    kill -19 pid

    此时我们做运行的代码被暂停了,此时进程所处的状态就是暂停状态,当我们想让其继续运行时,我们输入

    kill -18 pid

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_13

    [ Linux ] Linux进程状态_孤儿进程_14

    [ Linux ] Linux进程状态_进程状态_15


    而t状态时,当我们使用gdb调试代码时,打上断点后,我们r起来,我们发现了t状态,t表示tracing,表示追踪的意思,当进程被调试的时候,遇到断点所处的状态就是t状态!

    [ Linux ] Linux进程状态_孤儿进程_16


    (本篇完)

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