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【Linux】进程状态和进程优先级

article 2024/11/16 12:44:50

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进程状态

R状态和S状态

T/t状态

D状态

Z(zombie)-僵尸进程

僵尸进程危害

孤儿进程

进程的阻塞、挂起、运行

阻塞态

挂起态

进程切换话题

进程优先级

基本概念

查看系统进程

PRI and NI

查看进程优先级的命令

用top命令更改已存在进程的nice：

其他概念

前言

💬 hello! 各位铁子们大家好哇。

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进程状态

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。
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。

R状态和S状态

我们把进程跑起来后，发现进程的状态一直是休眠状态。如果我们把打印一行代码注释掉，重新跑起来，结果如下图：

此时进程的状态一直是运行状态。这是因为打印时，需要显示器显示，也就是需要外设，而cpu的速度非常快，所以大部分时间，cpu都是在等待设备资源是否就绪。而不打印时，只使用cpu资源，此时就都是R状态。

当我们在后面加上&时，这个进程就默认在后台运行了。此时S后面就没有+号了，有+号就是在前台运行。此时不能直接ctrl+c终止进程，得用kill才可以。

T/t状态

kill -l 指令，我们可以查看所有的信号，这里我们需要19号信号。

kill -19 指令，我们可以让进程暂停，就是T状态。如果想让它继续跑起来，就是需要指令

kill -18 ，让它恢复，如下图：

注意：如果一个进程如果曾经是暂停状态，它会自动变成后台，所以S后面的+号不见了。

我们取调试一个进程，我们在中间打了一个断点。开始运行时，是S状态，到了断点处，就是变成t状态，我们再continue，让他继续跑，进程状态又变成了S，跑完后，又变成t。

T和t可以认为是一样的，只是t表示的是进程因为追踪而暂停了。

D状态

D状态是Linux系统比较特有的一种进程状态！

Linux操作系统有权杀掉进程来释放空间。

通过一个例子认识D状态：

开机时，操作系统就会先加载到内存中。假设现在有一个进程，需要向磁盘存入大量数据，需要一段时间来完成。由于内存中的进程越来越多，操作系统就把刚刚那个进程给杀掉了。此时磁盘还没把这个任务完成，又因为又有别的进程需要用到磁盘工作，磁盘就只好把最开始那个进程给的任务给丢了。如果该进程非常重要，后果就不堪设想。

所以就有D状态，使操作系统无法杀掉该状态的进程。

想消除这个状态，有两种情况：

1.该进程的任务完成了，就能自己醒来。

2.重启，不过可能会卡死，此时就只能断电了。

Z(zombie)-僵尸进程

僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程
僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。
所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

上图可看到，子进程停止后，子进程就变成了Z状态。该进程就是僵尸进程。

僵尸进程：已经运行完毕，但是需要维持自己的退出信息，在自己的进程task_struct会记录自己的退出信息，未来让父进程来读取，如果没有父进程读取，僵尸进程会一直存在！

僵尸进程会保留内核数据结构task_struct，但进程的代码和数据就不存在了。

僵尸进程不能kill掉，因为僵尸进程已经死掉了。

僵尸进程危害

进程的退出状态必须被维持下去，父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态。
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。
如果一直不回收，就会造成内存泄漏。

孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
孤儿进程被1号进程(OS)本身领养，从而保证子进程被正常回收。

运行后，父进程先退出，进程就只剩一个子进程，也就是孤儿进程。

为什么我们平常启动的进程不会有僵尸进程问题呢？

答：因为直接在命令行中启动的进程，它的父进程都是bash，bash会自动回收新进程的Z

进程的阻塞、挂起、运行

上图的操作系统的进程状态图，也就是一张图纸。Linux的各种进程状态就是具体实现。

task_struct会被放进运行队列中。在Linux中，被放进运行队列，对应的就是R状态。但OS会具体区分就绪状态和运行状态。在运行队列中，就说明可以随时被调度了。
一个进程持有cpu，不会一直运行到该进程结束。而是基于时间片进行轮转调度。如果时间结束了，进程也结束了，就没啥事。如果时间到了，但进程还没结束，就会把该进程放到尾部，接着下一个进程进行轮换。
这样多个进程以切换的方式进行调度，在一个时间段内同时得以推进代码，就叫并发。
如果有两个cpu，在任何时刻，都有多个进程在真的同时跑，就叫做并行。

注意：Linux不是这么调度的。这只是操作系统教材调度算法的一种。

阻塞态

当我们不输入数字时，进程是阻塞的。在Linux当中，相当于S状态。

当我们运行后，没输入数字时，如下图：

系统会等待键盘资源是否就绪。每种设备都有自己的wait_queue等待队列，上方进程的键盘资源还没就绪，就会把对应的task_struct放到对应设备的等待队列中（即键盘），此时就是阻塞进程了，不会被调度。直到键盘资源就绪后，又回到cpu的运行队列中，从scanf开始执行后面的代码。

阻塞和运行的状态变化，往往伴随着pcb被连入不同的队列中。
入队列的不是进程的代码和数据，而是进程的task_struct。

挂起态

磁盘中有一个swap分区，大小大概是内存的1到2倍。当我们的OS内存严重不足的时候，如果有进程处于阻塞态，OS就会把该进程的数据和代码唤出到磁盘的swap分区，从而释放空间，但该进程的task_struct还是保留的。唤出后的状态叫阻塞挂起态。等到调度时，才会把该进程重新唤入内存中。

进程切换话题

假设有上方代码是进程1，当进程1时间片到了，但是进程还没结束时。cpu寄存器就会把此时的临时数据存到task_struct中。然后进行进程2，如果进程2曾经也没跑完，就会把进程2的task_struct里面的上下文数据恢复到cpu中，然后从历史的进度继续执行。这就叫进程的切换。

cpu内部的所有寄存器中的临时数据，叫做进程的上下文。

进程在切换时，最重要的事是：上下文数据的保护和恢复。

cpu寄存器本身是硬件，具有数据的存储能力。cpu的寄存器硬件只有一套。

cpu的内部数据可以有多套，有几个进程，就有几套和该进程对应的上下文数据。