当前位置：首页 > article >正文

【Linux】用三种广义进程状态来理解Linux的进程状态（12）

article 2024/11/5 12:14:04

前言

大家好吖，欢迎来到 YY 滴Linux系列，热烈欢迎！本章主要内容面向接触过Linux的老铁
主要内容含：

欢迎订阅 YY滴C++专栏！更多干货持续更新！以下是传送门！

YY的《C++》专栏
YY的《C++11》专栏
YY的《Linux》专栏
YY的《数据结构》专栏
YY的《C语言基础》专栏
YY的《初学者易错点》专栏
YY的《小小知识点》专栏
YY的《单片机期末速过》专栏
YY的《C++期末速过》专栏
YY的《单片机》专栏
YY的《STM32》专栏
YY的《数据库》专栏
YY的《数据库原理》专栏

一.进程状态变化の本质原理
二.操作系统层面的三种广义进程状态
- 1.运行状态
- 2.阻塞状态
- 3.挂起状态
三.Linux的进程状态
- 1.Linux进程状态在kernel源代码里的定义
- 2.S :浅度睡眠状态
- - 1.S状态与S+状态
- 3.D :磁盘休眠状态 / 深度睡眠状态
- 4.T :停止状态（阻塞状态）
- - 4.1 t ：追踪停止状态
- 5. X ：死亡状态
- 6. Z ：僵尸状态（Linux特有状态）
- - 1）僵尸进程的危害
  - 2）孤儿进程的引入

一.进程状态变化の本质原理

PS：我们大致知道就可以，理解在下文

引入：下面以Linux操作系统中的状态举例，不同系统或多或少会有差别

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) : 即广义上的“阻塞状态” 。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

原理：

操作系统中有许多队列：运行队列，阻塞队列，设备等待队列…
进程状态：就是PCB中的一个字段，就是PCB中的一个 整型变量
所谓的 状态变化的本质： 本质就是修改整型变量 ，并将对应的PCB放到各种队列中

宏定义了各种状态

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

通过对PCB中 相应字段的赋值 ，从而实现各种进程操作

PCB->status == BLOCK           

if(PCB->status == NEW)              //PCB放入运行队列
else if (PCB->status == BLOCK)           //PCB放入阻塞队列

二.操作系统层面的三种广义进程状态

1.运行状态

每一个CPU在系统层面都会维护一个 运行队列

运行队列： 我们运行程序创建进程时，会生成PCB；
而我们的运行队列中有头节点，可以穿起这些PCB，从而实现运行的先后

只要在运行队列中的进程 ，它的状态都是 运行状态 （代表我已经准备好了，可以随时被调度）

2.阻塞状态

我们的代码中，一定会或多或少 访问系统中的某些资源！

例如：scanf（）/ cin>>,我们要从键盘中接收数据
而如果我们一直不输入，就代表我们进程要访问的资源 没有就绪
最终结果是：进程代码 无法继续向后执行

而我们知道：操作系统会对驱动程序，底层硬件进行管理（先描述，后组织——会有各种数据结构）
操作系统内部，会以类似PCB的形式，创建各种设备特有的结构体；
并且他们能够以链表形式被串起来，也就是我们俗称的 设备列表
对设备的管理，同时也变成了对链表的增删查改

操作系统中有许多队列，运行队列…
而在上面我们知道的每个设备结构体中，都维护了一个 wait_queue等待队列

重点

而我们进程代码无法继续向后执行时，我们就会把 没有就绪的PCB 移动到未响应的设备（键盘）的 wait_queue等待队列中
这个状态就是 阻塞状态
阻塞状态 的本质： PCB不在运行队列中，而在设备的等待队列中

PCB同时也可以在其他PCB的等待队列中

3.挂起状态

如果一个进程当前被阻塞了，注定这个进程在他等待的资源没有就绪的时候，该进程无法被调度
而如果此时，恰好OS的 内存资源已经严重不足了，该怎么办？

挂起状态的本质 ：操作系统把在内存中的进程（代码和数据）置换到磁盘中（SWAP分区）

操作系统会优先挂起阻塞的进程，因此也叫： 阻塞挂起

这种挂起状态，会造成系统效率变低
在设计操作系统时，会避免将用于置换PCB的SWAP分区设置过大，防止操作系统过于依赖挂起；

三.Linux的进程状态

1.Linux进程状态在kernel源代码里的定义

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) : 即广义上的“阻塞状态” 。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

/*
* 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 */
};

2.S :浅度睡眠状态

S睡眠状态（sleeping) : 即广义上的“阻塞状态” 。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））

浅度睡眠状态，可以被终止
浅度睡眠会对外部信号做出响应

1.S状态与S+状态

前台进程：带+

后台进程：不带+
不能ctrl c关闭；只能kill关闭；可以输入其他命令

3.D :磁盘休眠状态 / 深度睡眠状态

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。

Linux在特殊情况下，会通过 杀掉睡眠中的进程，节省资源！
即我们熟知的“杀后台”

深度睡眠状态不可被杀掉！
避免了进程向磁盘写入关键数据时，被操作系统杀掉的问题

4.T :停止状态（阻塞状态）

进程状态：让进程暂停（前台进程转为后台进程）
系统中有许多信号，在系统中都是宏定义而来
例如：9号信号SIGKILL#define SIGKILL 9
图中18，19信号就是与停止状态有关的信号

kill -SIGSTOP [PID]   //PID对应进程由S状态进入T状态，前台进程变为后台进程

kill -SIGCONT [PID]   //PID对应进程由T状态进入S状态，后台进程变为前台进程

进程为什么需要暂停状态？
在进程访问软件资源的时候，可能暂时不让进程进行访问，就将进程设置为STOP

4.1 t ：追踪停止状态

不同与T状态；
debug程序时（不断向系统发送SIGSTOP，SIGCONT信号过程中）
程序停在断点处时，就是t状态

现在一般而言,T,t不分家，都是停止状态

5. X ：死亡状态

进程结束

6. Z ：僵尸状态（Linux特有状态）

处于僵尸状态的进程：僵尸进程
进程结束不会立刻释放，会等一小会
当一个进程在退出的时候，退出信息会由OS写入到当前退出进程的PCB中，可以允许进程的代码和数据空间被释放，但是不能允许进程的PCB被立刻释放！
OS必须维护这个推出进程的PCB结构

原因：在进程死亡时，操作系统或者父进程 需要知道进程退出的原因，因此它的PCB里的退出信息不会被释放

父进程或者OS读取后，PCB状态先被改成X死亡状态，才会被释放

1）僵尸进程的危害

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎
么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态？是的！
维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护？是的！
那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间！