描述进程-PCB

状态理论

Linux内核源代码的描述

R运行状态与S睡眠状态：

前台进程与后台进程

D磁盘休眠状态：

T停止状态

X死亡状态

Z(zombie)-僵尸进程

僵尸进程的危害

进程状态总结

孤儿进程

进程优先级

Linux具体的优先级做法

PRI and NI

PRI vs NI

用top命令更改已存在进程的nice

其他概念

独立性

竞争性

并行

并发

时间片（每个进程在运行时都会有的）

抢占与出让

切换

描述进程-PCB

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合，即描述进程的结构体。课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct。 task_struct作为Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息

状态理论

新建：（字面意思）

新建是刚创建的出来进程，并未取得操作系统的允许，不能运行，也就是初步具有了进程的相关数据结构（task_struct）。（其实，Linux内核种并不具备这样的状态，task_struct创建出来就是立马运行的，只不过是操作系统为了理论的更完善，而添加的一个理论。所以：不要新建认为是不就绪的状态。）

运行：

~~我们口中常所一个进程处于运行状态，~~运行~~是CUP正在执行代码？~~（是错的理论）

task_struct结构体在运行队列中排队，就叫做运行态。运行不全是代码数据正在跑，一个进程在队列中还没有被调度，可以理解为在等待调度，这个时候其也是运行状态。

阻塞：

等待非CPU资源就绪，就称作阻塞状态。

这个队列中的进程等待的不是CPU资源，所以就不能称作为一个运行的进程，这个时候的状态称作阻塞状态。

挂起：

当内存不足的时候，操作系统通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘，这个时候进程状态就叫做挂起。

例如：有一个进程，因为自己等待的某些资源，又长时间不满足，可能未来还要等相当长的时间，但是此时内存都不够了，于是操作系统。会将其的代码和数据换出到磁盘。于是就会换到磁盘专门为其准备的分区，SWAP分区中，此时描述其的 task_struct 还处于内存中。

挂起阻塞

进程正在等待某种资源（处于阻塞状态），而正在等期的期间，正好内存又没有空间了，于是又需要挂起。于是既阻塞又挂起，即：挂起阻塞。

注：挂起和阻塞都与CPU没有关系。

Linux内核源代码的描述

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在 Linux内核里，进程有时候也叫做任务）

下面的状态在kernel源代码里定义：

/*

* 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 */

};

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运行状态与S睡眠状态：

R：对应上面的运行态。

S：对应上面的阻塞状态，可中断睡眠（随时随地可以将其的睡眠状态打断）。

#include<stdio.h>
int main()
{
    while(1)
        printf("I am a process!\n");
    return 0;
}

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

不能以自己的感受，理解CPU的运算速度。在我们看来很复杂的行为，其实对于CUP就几纳秒的时间。在冯诺依曼体系中，显示屏属于外设。当进程向显示器中打印的时候，显示器是需要等待的，在这一瞬间却是整个进程状态绝大部分，就是S状态。然后将向显示器打印的printf删除之后就是R状态了。

前台进程与后台进程

前台进程：

前台的任务一启动，键盘输入的命令就是没有任何效果的，并且可以被CTRL + c（^c）终止的进程。

后台进程：

我们可以通过加一个&让其变为在后台进行。

命令：./可执行程序 &

使得该可执行程序由前台进程变为后台进程。

当让其在后台进行时，命令是可以正常执行的，CTRL + c（^c）是没有办法终止其的。

终止其的方式很多，此处涉及不深，就使用一个简单的方法：

命令：(管理员信号)kill -9 进程的pid

杀死（终止）该进程

D磁盘休眠状态：

D：睡眠状态，磁盘睡眠，深度睡眠，不可被中断，不可以被被动唤醒。

此时进程A，需要做的是等待磁盘给予结果（是存储成功，还是存储失败），此时就是等待某种资源就绪，那么进程就是阻塞状态。

#问：那么，其在某个阻塞队列中等待，那是否可以将其看作睡眠状态？

假设：其在阻塞队列中等待，看作睡眠状态。

如果，其为睡眠状态。那么，当服务器压力过大的时候，操作系统会通过一定的手段，杀掉一些进程，来节省空间。当内存的空间满了，但又需要空间进行后续操作，操作系统发现，进程A并未执行，且一直处于等待执行下占用空间，于是干脆直接就把进程A杀死。

于是，此时进程A死亡，但是硬盘还在为进程A做事。硬盘的执行结果需告诉进程A，但是进程A死亡，却又只能对进程A报告。于是硬盘没办法，并且硬盘还有其它的事，不可能一直等着，于是将数据抛弃。此时数据就流失了，此时由于进行的进程A已死亡，操作的用户也就无法知晓运行的结果。

答：因为资源的等待，使得进程A是不得不处于阻塞状态，等待硬盘的结果，所以操作系统不能将进程A杀掉！此时进程A的状态就是D深度随眠，不可中断的睡眠。操作系统不能杀这个进程，只能等待这个进程自己醒来（醒来：得到磁盘的结果，成功、失败）。处于这个状态的时候，甚至利用管理员信号，9号（kill -9 +该进程id）都不能杀掉。

T停止状态

T：暂停状态。并不是等待某种资源，只是单纯的暂停进程。

#include<stdio.h>
int main()
{
    while(1)
    {
        printf("I am a process!\n");
        sleep(5);
    }
    return 0;
}

命令：(管理员信号)kill -19 进程的pid

让该进程别运行了，处于停止状态去。

命令：(管理员信号)kill -18 进程的pid

让该进程别停止了，继续运行。

T停止状态标准的使用就有：调试（当我们在调试一个程序的时候，其就处于进程暂停）。

Note：

有些地方是有状态T与t，其实是一样的，都是暂停，只不过t是专门体现打断点的调试状态。（但是也有可能是两个T，并不是t，与源代码有关）

打断点停下来的时候，本质不是程序停下来，而是叫做进程暂停。

X死亡状态

dead终止（瞬时性：很难捕捉到）

#问：是不是终止了，就立马释放数据就完了吗？

答：并不是这样的，因为可能会有很多个程序同时终止。这个时候，操作系统也只能 “慢慢” 的来。所以，其实死亡状态就是为提供一个标志，短暂的保持这么一个标志让操作系统看到。即：标志我这个进程已经死了，你可以回收了。

Z(zombie)-僵尸进程

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，于是子进程进入Z状态。

一个进程已经退出，但是还不允许被操作系统释放，处于一个被检测的状态 - 僵尸状态。进行检测方一般是父进程或者操作系统。

当父进程交给子进程完成一些事，而子进程完成就释放了，哪父进程如何知道子进程完成的如何，此时就需要僵尸进程，子进程已经退出，但是需要经过父进程的调查，查看所交代的事完成的如何。即：僵尸进程是为了维护该状态，为了让父进程和操作系统来进行回收。（回收：只有调查完了（读走数据了），才能由Z状态变为X状态，操作系统才可以释放)。

利用fork创建一个僵尸进程：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id<0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if (id == 0)
    {
        while(1)
        {
            printf("I am child process!\n");
            sleep(1);
            break;
        }
        exit(0);//让子进程直接终止
    }
    else
    {
        while(1)
        {
            printf("I am parent process!\n");
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

僵尸进程，并不是所有的代码与数据都不能被释放，而是代码与数据是可以被释放的，因为其是不会再调动实行了。而描述它的数据结构PCB是保留的。

我们知道子进程结束退出了，而如果父进程又一直不进行回收的话，子进程又只是为了等待父进程的回收，这样子进程就无法释放，而子进程又占用空间，所以，这就是内存泄漏。所以我们必须想办法去回收。

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，那子进程就会一直处于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中，换句话说，就是Z状态一直不退出，task_struct一直都要维护！
一个父进程创建了很多子进程，如果就是不回收，就会造成内存资源的浪费！因为数据结构对象本身就要占用内存，就与定义一个结构体变量（对象）一样，是要在内存的某个位置进行开辟空间！
会内存泄漏! 子进程结束退出了，而如果父进程又一直不进行回收的话，子进程又只是为了等待父进程的回收，这样子进程就无法释放，而子进程又占用空间，所以，这就是内存泄漏。我们必须想办法去回收！

进程状态总结

就绪（TASK_RUNNING）就是R（运行状态），唯一的就是占不占有CPU资源，如果占有CPU资源，即有可能因为某些原因，而导致进程进入浅睡眠（S）或深睡眠（D）。占有CPU资源时，可能暂停（TASK_STOPPED）（T），可以由暂停让其继续运行。然后退出，可能为僵死（TASK_ZOMBIE）（Z）没有回收它。

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。父进程却已经退出，无法对子进程进行回收。是否就会导致内存泄漏？即：子进程无人回收，子进程却又处于等待回收状态。
其实：父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”。孤儿进程被1号init进程领养，当然就以init进程回收了。

利用fork创建一个孤儿进程

父进程退出，子进程还在，子进程就叫做孤儿进程！孤儿进程就会被领养，被1号进程领养（init，系统本身），领养的原因：未来子进程退出的时候，父进程早已不在，需要领养进程来进行回收。

需要注意，当子进程的父进程退出后，如果子进程成为孤儿进程，那么它会从前台进程变为后台进程。使用kill -9 +id即可。

如果子进程结束，是很难看到父进程为1的Z状态的进程。

进程优先级

#问：为什么要有优先级？

答：就是因为要确定谁先享受到资源，谁后享受到资源，而资源就是CPU。因为，CPU是有限的，而进程太多，需要通过某种方式争取资源，优先级就是主要的竞争方式。

#问：什么是优先级？

答：确认是谁应该先获得某种资源，谁后获得，利用一些数据表明优先级，而除了需要表明优先级，还要调度器评判优先级。优先级是调度器调度的主要参考。

Linux具体的优先级做法

优先级 = 老的优先级 + nice值。

在linux系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：

命令：ps -l

查看当前所登录的会话中的相关的进程

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

PRI and NI

PRI比较好理解，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高。
NI，是nice值，其表示进程可被执行的优先级的修正数值。
PRI值越小越快被执行，加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice。
这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值。
nice其取值范围是 -20 至 19 ，一共 40 个级别。

PRI vs NI

需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。
可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据。

用top命令更改已存在进程的nice

1. top

（退出输入q，即可）

2. 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

优先级 = 老的优先级（80：每次都是80，是默认的）+ nice值。即：每次设置优先级，都要从进程最开始的优先级开始设置。

对于优先级是非常不建议自行调：

一般很少牵扯到一个进程优先级的问题，大部分情况下，优先级是系统默认的。
优先级只有操作系统最清楚，自行改再多，也不一定能按照自己的期望那样。

Linux下由于老的优先级默认为80，nice值[-20, 19]，所以优先级的范围是[60, 99]，就40个优先级，之所以是这个范围是因为：操作系统不是为了能快速的调用某些进程，它的目的是为了能够更加均衡的，让所有的进程在一个时间段内较为均衡的获取到某种资源，尤其是CPU资源。CPU的调度不是为了谁更优先，而是尽量雨露均沾。

而如果将优先级差异的调整过大，就可能会有一些恶意进程，通过恶意的调整自己的优先级，而导致CPU在调动时总是先调度它。这样会导致其他进程长时间得不到调度，而导致的不公平问题。

其他概念

独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。
竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行。
并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。（只要有一个CPU一定是并发）

独立性

就如同电脑中的多个软件同时进行（玩QQ又玩微信等），不可能说QQ崩了，然后微信也就崩了，因为这是两个程序。（此处只说进程本身出问题。如果是进程除了问题，而导致的连锁反应，那与此是另一回事）一样的，如果一个进程退出了，是不会影响另一个进程的。多个进程咋子同时运行的时候，它们的代码与数据几乎是不会影响的，即便是有些资源会共享，但是也不会互相影响。包括父子进程，挂了谁，都不会影响到另一个。

竞争性

系统当中进程的数目众多，而CPU的资源是非常少的，甚至只有一个，所以进程与进程之间，本质就是竞争的。竞争后操作系统就要合理的给进程分配资源，所以便有了优先级。所以进程是具有竞争性的。

并行

现在我们平时使用的电脑是一个CPU，但是对于其他的大型服务器，是有多个CPU的：

即：同时在任意时刻，同时可能有两个以上的进程在被调度运行，这样的情况就叫做并行。

并发

#问：进程调用的时候，是不是直到将一个进程的代码和数据跑完之后，才执行下一个？

答：不是，也不可能是。不可能让进程永久占有CPU，不然黑掉一个计算机就会很简单，就打一个死循环就行了。将会永远执行这个死循环。

时间片（每个进程在运行时都会有的）

就是将一个进程放在CPU上，给你一个时间，比如：10ms（假设），在10ms内如果代码跑完了，呢就退出；没跑完别跑了，不着急先下去在后排队，以会再上来运行。所以写一个死循环操作系统不会被改掉，其他进程也可以跑的好好的。

抢占与出让

抢占：低优先级的让位置给高优先级的。

按照10ms（假设）时间片，如果在10ms外先下去，10ms内就结束，上下一个进程。可是现在的操作系统是支持抢占的（现在很多主流操作系统都是支持的），如果，一个进程的优先级是80，到这个进程的时候时间片是10ms，当正在执行第5ms的时候，来了一个优先级更高的60。此时，操作系统发现了，直接将优先级80的抢占下来，让给优先级高的先跑。一会再把优先级80的放上去跑。

出让：进程主动让出位置。放在队列的其他地方，等下次调度。