进程状态：Linux的幕后指挥管理，穿越操作系统进程的静与动-EW帮帮网

文章目录

引言：进程的生命与状态：动与静的交响曲
一、操作系统中的进程状态概述
- 1.1 经典的进程状态模型
- 1.2 进程状态转换图
二、Linux操作系统中的进程状态
- 2.1 Linux进程状态的分类
- 2.2 各状态的详细解释
2.3 Linux进程状态表
2.4 使用ps查看进程状态
三、进程状态具体分析
总结：进程状态的舞蹈

引言：进程的生命与状态：动与静的交响曲

每一个进程都拥有自己的生命轨迹，它们在CPU的调度下，按照某种规律从一个状态转变到另一个状态。这些状态是进程在操作系统内存空间中的各种“存在形式”，是它们生命周期的不同表现，承载着操作系统对每个进程的管理与调度。

在Linux这个庞大而复杂的宇宙中，每个进程如同宇宙中的星辰，承载着数据流动与信息处理的重任。而它们的生命周期，却不仅仅是简单的“开始”与“结束”。在这无尽的天际，进程的状态不断变化，如同风中的细沙，或稳静、或急躁、或急促、或安逸。今天，我们将一同探索，深入理解Linux操作系统中进程状态的神秘面纱。

一、操作系统中的进程状态概述

操作系统中的进程状态是进程在生命周期中可能处于的不同状态。这些状态帮助操作系统识别进程的运行情况，并在不同状态间进行合理的资源分配。

操作系统中的经典进程状态包括就绪、运行、阻塞和终止。

1.1 经典的进程状态模型

典型的操作系统中，进程状态可以分为以下几种：
在这里插入图片描述
在这种经典模型中，进程会在不同状态之间流转。具体来说：

就绪 -> 运行：CPU调度器分配CPU给就绪状态的进程。
运行 -> 阻塞：进程等待I/O或其他资源时进入阻塞状态。
阻塞 -> 就绪：等待的条件满足后，进程重新进入就绪队列，等待CPU调度。
运行 -> 终止：进程执行完毕或异常终止，进入终止状态。

1.2 进程状态转换图

在这里插入图片描述
该图展示了一个经典进程状态的转换流程。箭头表示进程状态转换的可能路径。

二、Linux操作系统中的进程状态

Linux操作系统在经典的进程状态基础上进行了一系列扩展，允许内核更细粒度地控制进程，尤其是当系统资源紧张或多任务并发性很高时。Linux内核中的进程状态可以使用ps命令或读取/proc文件系统来查看进程的状态信息。

2.1 Linux进程状态的分类

在这里插入图片描述
在进程的task_struct结构体中，state字段用来表示进程的当前状态。根据内核中的定义，不同状态的进程会被挂载在不同的等待队列上，以实现细粒度的调度与控制。

而在我们 Linux 中，新建、就绪、运行都可以看作运行 R 这一个状态，所以比较清晰

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2.2 各状态的详细解释

TASK_RUNNING：进程正在运行或准备运行。它可以被调度器分配到CPU执行。TASK_RUNNING的进程始终是就绪队列的一部分。
TASK_INTERRUPTIBLE：进程处于可中断等待状态，等待某一条件满足。进程在此状态下可以被信号唤醒。（关于信号的知识我们在后面会讲）
TASK_UNINTERRUPTIBLE：进程处于不可中断的等待状态。这通常用于等待特定资源（例如设备I/O操作完成）。进程在此状态下不会被信号打断，即便外部发送信号也不会响应。
TASK_STOPPED：进程被暂停，通常是由于接收到SIGSTOP信号或调试器干预，等待继续或恢复信号。
TASK_TRACED：进程被调试工具（如gdb）跟踪和控制。此状态下的进程会暂停，直到调试器进一步控制。
EXIT_DEAD：进程终止后进入清理阶段，等待系统回收资源
EXIT_ZOMBIE：进程已结束，系统未回收其资源。僵尸进程会保留在系统中，直到其父进程调用wait()系统调用收集它的退出状态。
TASK_DEAD：表示进程已彻底结束，系统已回收其所有资源。

2.3 Linux进程状态表

在这里插入图片描述

2.4 使用ps查看进程状态

在Linux系统中，可以通过ps命令查看进程的状态：

ps -aux

在这里插入图片描述
ps命令会显示每个进程的详细信息，其中状态列标记着每个进程的状态。状态的含义如下：

R : 运行或就绪状态
S：可终止等待
D：不可终止等待
Z：僵尸进程，等待回收
X：终止死亡进程
T：停止状态

我们也可以通过ps命令查看某个指定的进程的信息：

ps axj | grep 进程名字

三、进程状态具体分析

🖋️运行 R

首先来看看第一种状态 R
以我们以往的认知来说，一个程序在运行就表示该进程处于运行状态，那么事实真的如此吗？

先来看看下面这段代码：

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main()
{
  while(1)
  {
    cout << "I'm a process, my PID is:" << getpid() << endl;
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

当前makefile文件为：

myProcess:test.cpp
	g++ -o myProcess test.cpp

.PHONY:catPI
catPI:
	ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myProcess | grep -v grep 

.PHONY:clean
clean:
	rm -r myProcess

通过 make catPI 指令调用 Makefile 中提前设定好的指令，查看当前进程信息
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可以看到当前的进程状态为 睡眠 S+
注： + 表示当前进程在前台运行中

进程难道没有运行吗？

运行了，但我们很难捕捉到对于 CPU 来说，将这么简单的一句话输出到屏幕上是一件很小的事，可能几毫秒就完成了而其他大多数时间，进程
都在外设等待队列中排队当我们将打印语句和睡眠语句屏蔽后，进程不用在等待队列中排队， CPU 就一直在处理死循环，此时可以观察到运行R 状态

在这里插入图片描述

🖋️睡眠 S

睡眠 S 的本质就是 进程阻塞，表示此时进程因等待某种资源而暂停运行；

睡眠 S 又称为可中断休眠，当进程等待时间过长时，我们可以手动将其关闭，应用卡死后强制关闭也是这个道理

在这里插入图片描述
还有一种方式终止进程：kill

kill -9 PID 终止进程，当进程在后台运行时（状态不加 +），我们是无法通过 ctrl+c 终止的，但kill指令可以终止

🖋️休眠 D

还存在一种特殊睡眠状态 休眠 D，休眠又被称为不可中断休眠，顾名思义，休眠 D 状态下的进程是无法终止的，kill 指令和 OS都无能为力，只能默默等待进程阻塞结束，拿到资源了，进程才会停止休眠 D 状态

终止休眠 D 进程的一个方法就是切断电源，此时进程是结束了，但整个系统也结束了

🖋️暂停 T

我们还可以使进程进入 暂停 T 状态

kill -19 PID 暂停进程
kill -18 PID 恢复进程

在输入暂停指令后，进程进进入暂停状态

在这里插入图片描述

我们可以通过 kill -18 PID 使进程恢复运行，恢复后的进程在后台运行

可以看到，恢复后进程继续执行，并且状态由T变为S
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注意：进程在后台运行时，是无法通过 ctrl+c·指令终止的，只能通过 kill -9 PID 终止

在 gdb 中调试代码时，打断点实际上就是使进程在指定行暂停运行，此时进程处于追踪暂停状态 t

在这里插入图片描述

🖋️死亡 X

当进程被终止后，就处于 死亡 X 状态

死亡状态是无法在任务列表中观察到的，死亡 X 状态只是一个返回状态

🖋️僵尸 Z

与死亡状态相对应的还有一个 僵尸 Z 状态

通俗来说，僵尸状态是给父进程准备的
当子进程被终止后，会先维持一个僵尸状态，方便父进程来读取到子进程的- 退出结果，然后再将子进程回收
单纯的在 bash 环境下终止子进程，是观察不到僵尸状态的，因为 bash 会执行回收机制，将僵尸回收
我们可以利用 fork() 函数自己创建父子进程关系，观察到这一现象

代码示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;

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

int main()
{
  pid_t ret = fork();
  if(ret == 0)
  {
    while(1)
    {
      cout << "I'm son process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;
      sleep(1);
    }
  }
  else if(ret > 0)
  {
    while(1)
    {
      cout << "I'm father process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;
      sleep(1);
    }
  }
  else
  {
    while(1)
    {
      cout << "Make son process fail!" << endl;
      sleep(1);
    }
  }

  return 0;
}