4 Linux 进程管理

4.2 Linux 进程的状态和标识

4.2.1 Linux 进程的状态及转换

linux 中进程状态分为 5 种，每个进程在系统中所处的状态记录在它的任务结构体的成员项 state 中。进程的状态用符号常量表示，它们定义在/include/linux/sched.h 下：

状态	定义
可运行态（运行态、就绪态）	#define TASK_RUNNING 0
可中断的等待态	#define TASK_INTERRUPTIBLE 1
不可中断的等待态	#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2
僵死态	#define TASK_ZOMBLE 3
暂停态	#define TASK_STOPPED 4

1．运行态（running）——运行
该进程称为当前进程（current process），实际上 linux 并没有该状态，而是将其归结在可运行态。系统中设置全局指针变量 current，指向当前进程。

2．可运行态（Running）——就绪
Linux 中把所有处于运行、就绪状态的进程链接成一个双向链表，称为可运行队列（run_queue）。使用
任务结构体中的两个指针：

Struct task_struct *next_run；/*指向后一个任务结构体的指针*/
Struct task_struct *prev_run；/*指向前一个任务结构体的指针*/
该链表的首结点为 init_task。系统设置全局变量 nr_running 记录处于运行、就绪态的进程数。

3．等待态（wait）——阻塞
在 linux 中将该状态进一步划分为：可中断的等待态（ interruptible）和不可中断的等待状态（uninterruptible）。
👉可中断的等待态的进程可以由信号（signal）来解除其等待态，收到信号后进程进入可运行态。
👉不可中断的等待状态的进程，一般都是直接或间接在等待硬件条件，只能用特定的方式来解除其等待状态，如是用 wakeup（）。

处于等待态的进程根据其等待的事件排在不同的等待队列中。Linux 中等待队列是由一个 wait_queue结构体组成的单向循环链表。该结构体定义在 include/linux/wait.h 中，如下所示：

Struct wait_queue {
Struct task_struct *task；/*指向一个等待态的进程的任务结构体*/
Struct wait_queue *next；/*指向下一个 wait_queue 结构体*/
}

注：
👉与可运行队列不同，等待队列不是直接由进程的任务结构体组成队列，而是由于任务结构体对应的wait_queue 构成。
👉每个等待队列都有一个指向该队列的队首指针，它一般是个全局指针变量。

4．暂停态（stopped）
暂停态：进程由于需要接受某种特殊处理而暂时停止运行所处的状态。通常，进程在接受到外部进程的某个信号（SIGSTOP、SIGSTP、SIGTTOU）而进入暂停态。通常正在接受调试的进程就处于暂停态。

5．僵死态（zombie）
僵死态：进程的运行已经结束，但是由于某种原因它的进程结构体仍在系统中。

4.2.2 Linux 进程的标识

Linux 中，进程的标识是系统识别进程的依据，也是进程访问设备和文件时的凭证。Linux 为每个进程设置多种标识，不同的标识的用途不同。Task_struct 中记录着进程的各种标识：

Int pid	进程标识号
Unsigned short uid ，gid	用户标识号，组标识号
Unsigned short euid ，egid	用户有效标识号，组有效标识号
Unsigned short suid ，sgid	用户备份标识号，组备份标识号
Unsigned short fsuid ，fsgid	用户文件标识号，组文件标识号

1． Pid 32 位，但是为了与 UNIX 兼容（16 位），故 linux 也使用 16 位，最大值 32767。Pid 按照进程创建的先后顺序依次赋予进程，即前面进程 PID 值加 1。当达到最大值时，重复使用已经撤销进程的 PID。
2． 设置 Uid，gid 目的：文件保护。Linux 把文件的所有用户分为 3 类：所有者、同组用户、其他用户。
3． 一般情况下 euid=uid；egid= gid；fsuid= uid；fsgid= gid；
4． Euid 和 egid：在进程企图访问特权数据或代码时，系统内核需要检查进程的有效标识 Euid 和 egid。需要其他进程服务时，这两个指将变为服务进程 uid 和 gid。
5． fsuid ，fsgid：在进程企图访问文件时，系统内核需要检查进程的文件标识 fsuid ，fsgid。需要其他进程服务时，这两个指将变为服务进程 uid 和 gid。
6． 没有将 euid 和 fsuid，egid 和 fsgid 统一，原因：防止具有访问特权后，用户对系统造成破坏。
7． Suid 和 sgid 是 POSIX 标准要求的标识。当用户执行系统调用而使其用户标识 uid 或组标识 guid 改变时，suid 和 sgid 保存原来的值，以便恢复。

4.2.3 进程标识哈希表

Linux 的进程标识哈希表提供了按照哈希算法从进程 PID 快速查找对应任务结构体的方法，实现哈希算法的哈希函数定义为带参数的宏 pid_hashfn(x)，如下所示：

#define pid_hashfn(x) ((((x)>>8)^(x))&(PIDHASH_SZ-1))？？？
其中：参数 x 就是进程的标识 PID，计算结果的哈希值用于检索对应的任务结构体。例如 PID 为 228的哈希值是 100，PID 为 27536 的哈希值是 123，PID 为 27535 的哈希值是 100。

为了解决哈希值冲突的问题，Linux 把具有相同哈希值的 PID 对应的进程组成一个个双向循环链表。在 task_struct 中的两个成员项：

Struct task_struct * pidhash_next；/*指向后一个任务结构体的指针*/
Struct task_struct * pidhash _prev；/*指向前一个任务结构体的指针*/

1．进程标识哈希表
Linux 使用一个称为 pidhash[]的指针数组管理这些链表，称为进程标识哈希表。该表中记录各个链表首结点地址，数组元素的下标与链表的哈希值相同。

在 include/linux/sched.h 中 pidhash[]数组定义如下：
Struct task_struct * pidhash[PIDHASH_SZ];

pidhash 数组由 PIDHASH_SZ 个元素组成，每个元素是指向一个进程任务结构体的指针。
数组元素个数 PIDHASH_SZ 是系统中最多可容纳的进程数 NR_TASKS 除以 4，定义如下：

#define PIDHASH_SZ（NR_TASKS>>2)？？？

2.进程标识哈希表操作函数：

标识	说明
Hash_pid()	进程创建时，将其任务结构体插入哈希链表
Unhash_pid()	进程撤销时，将其任务结构体从哈希链表中删除。
Find_task_by_pid()	根据 PID 相应进程的任务结构体。