理解Linux中的进程状态

news2025/1/16 5:53:44

文章目录

- - 运行状态
  - 阻塞状态
  - 挂起状态
  - 磁盘睡眠状态
  - 暂停状态
  - 追踪停止状态
  - 僵尸状态
  - 死亡状态
  - 孤儿状态
  - Linux内核进程状态源代码

一台电脑一般只有一个CPU、一个磁盘（无论一台电脑有几个CPU、磁盘，数量都是远少于进程的，这里举例用一个）。

运行状态

而一个CPU同时只能调度一个进程，所以操作系统就维护起了一个运行队列runqueue，在这个队列中排队的进程就称为运行（R）状态，并不是正在被CPU调度的进程称为运行（R）状态。

#include <stdio.h>
int main()
{
    while(1);
    return 0;
}

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阻塞状态

假设我们的某些进程想要访问磁盘，而由于CPU的速度非常快，磁盘的速度非常慢，那么当CPU执行完5个进程，磁盘连一个进程都没执行完，所以就会导致，CPU执行完的需要访问磁盘的进程就需要排队，所以操作系统又维护了一个等待队列waitqueue，在磁盘中排队的都进程都会在这个队列中，当进程访问完磁盘后，该进程又会重新去runqueue排队。而在这个队列中排队的进程就称为阻塞（S）状态。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        printf("hello world\n");
    }
    return 0;
}

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这里有一个很违反直觉的现象，输出hello world怎么每次都是S状态？这是因为CPU的速度太快了！而磁盘的速度太慢了！所以当ps命令去查该进程状态的时候会有99%的几率查到的都是S状态，因为99%的时间都在等待IO。

挂起状态

有一个状态在Linux中未显式写出来，但教材中会经常提到，就是挂起状态。假设现在有很多进程都在访问磁盘，但是内存中的空间不够了，于是操作系统就会将一些在waitqueue的进程的程序代码和数据保存到磁盘上（PCB仍在waitqueue中），而这样的进程状态就称为挂起状态，该状态其实更应该被称为阻塞挂起状态，因为挂起状态可以和任意状态组合，比如运行挂起状态、就绪挂起状态、暂停挂起状态等等。

磁盘睡眠状态

假设有大量的进程在等待IO，而此时内存空间严重不足，操作系统挂起了很多进程也无济于事，这时操作系统很容易崩溃，为了防止操作系统杀掉这些在等待IO的进程（可能有重要的数据），于是在这种情况下的这种进程就会转为磁盘睡眠（D）状态，在该状态下的进程是不会被杀掉的，只能通过重启或者断电的方式。

暂停状态

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    while(1)
    {
        sleep(1);
        printf("hello world\n");
    }
    return 0;
}

一个进程是可以被暂停的，在Linux下使用kill -19 目标进程PID命令可以使目标进程暂停，此时进程的状态会转为暂停（T）状态。

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kill -18 目标进程PID可以解除T状态。

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这时会发现，原本的状态是S+，后来经过T状态后，变为了S。其实带有+号的状态是前台进程，不带的是后台进程，而后台进程是无法用ctrl+c信号来终止的，只能通过kill -9命令。

追踪停止状态

当我们调试程序的时候，该进程也总是处于暂停状态的，但并不是上面的使用kill命令导致的暂停状态，在Linux中该状态称为追踪停止（t）状态。

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僵尸状态

进程可以派生子进程，一个子进程在结束时，需要告诉父进程我的任务完成的怎么样，而父进程需要去接收该信息（终止状态），如果父进程不接收终止状态，则会导致子进程的PCB一直无法释放（代码和数据释放了），而在这段时间内，该子进程的状态就为僵尸（Z）状态，也称为僵尸进程，该进程会导致内存泄漏。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child
        printf("I am child, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
    }
    else if(id > 0)
    {
        //parent
        printf("I am parent, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
        while(1)
        {
            //死循环，不接收子进程的终止状态
        }
    }
    else 
    {
        //error
    }
    return 0;
}

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死亡状态

Linux中还有一个死亡（X）状态，处在该状态的进程就表明该进程马上就执行完了，没什么好说的。

孤儿状态

上面说到的僵尸状态是由于子进程执行完了，而父进程没有及时接收子进程的终止状态导致的，那么如果父进程先执行完，子进程后执行完的话，这时由于父进程已经执行完了，所以无法接受子进程的终止状态，但子进程的终止状态必须有人来接受，所以此时操作系统(1号Init进程)就会领养该子进程，以便能够接受子进程的终止状态，而处于被操作系统领养的进程所处的状态就称为孤儿状态，也称为孤儿进程。

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Linux内核进程状态源代码

/*
 * 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[] = {

	/* states in TASK_REPORT: */
	"R (running)",		/* 0x00 */
	"S (sleeping)",		/* 0x01 */
	"D (disk sleep)",	/* 0x02 */
	"T (stopped)",		/* 0x04 */
	"t (tracing stop)",	/* 0x08 */
	"X (dead)",		/* 0x10 */
	"Z (zombie)",		/* 0x20 */
        
};