初识进程状态

🌎进程状态【上】

文章目录：

进程状态

发现进程的状态

运行队列

进程排队

进程状态的表述
状态在代码中的表示
运行状态
阻塞状态
挂起状态

总结

前言：

为了搞明白正在运行的进程是什么意思，我们有必要了解进程的不同状态，那么话不多说，开始我们今天的话题！

在这里插入图片描述

🚀发现进程的状态

我们按照上次所说的创建子进程，分别执行不同的工作:

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<stdlib.h>
  3 #include<unistd.h>
  4 #include<sys/types.h>
  5 
  6 int main()
  7 {
  8     printf("before fork!\n");
  9     sleep(3);
 10     printf("start fork!\n");
 11     sleep(1);
 12 
 13     pid_t id = fork();
 14     if(id < 0)
 15     {
 16         perror("fork error!\n");
 17         exit(0);
 18     }
 19 
 20     if(id == 0)//子进程
 21     {
 22         int cnt = 6;
 23         while(cnt)
 24         {
 25             printf("I'm child process, pid=%d\n", getpid());
 26             sleep(1);
 27             cnt--;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        
 28         }
 29         exit(0);
 30     }
 31 	//父进程
 32     sleep(1);
 33     int cnt = 5;
 34     while(cnt)
 35     {
 36         printf("I'm father process, pid=%d\n", getpid());
 37         sleep(1);
 38         cnt--;
 39     }
 40 
 41     return 0;
 42 }
~

这里使用了 exit() 函数，我们以前可能在C语言里见到过它，只知道它可以退出程序。其实在Linux当中exit函数是 退出进程 接口：

在这里插入图片描述

它的作用是终止一个进程，而函数参数是 退出码（这个以后会谈），表示 退出状态。

那我们把程序运行起来之后，再使用监控脚本进行监控：

在这里插入图片描述
观察我们从监控脚本得出的结果，我们发现带有 STAT 的一栏里除了最后一项我标红的位置为 “Z” 外，其他的状态都是 “S+” 状态，并且在标红的这一行，的最后，出现了 <defunct> 的字样。

这个就是我们今天要说的——进程状态。

🚀运行队列

进程的状态，一定是与CPU如何执行有关的，所以在了解进程状态之前，有必要先了解CPU如何执行进程。

我们说过，程序运行起来时就是一个进程，进程需要被CPU给执行，并且进程是以 循环队列 的形式被CPU执行，但是进程在CPU上并不是一直在执行的。

在这里插入图片描述

每一个进程都有自己的 时间片 ，也就是 每个进程运行最大时间，超过这个时间如果程序还没有被执行完毕，则强制退出，执行下一个进程，这个进程则重新排队等待CPU资源。

当然，有些情况下进程也许是在等待某些硬件资源，所以并不会一直执行，比如：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int ind = 0;
	scanf("%d", &ind);
	printf("%d", ind);
	return 0;
}

在这里插入图片描述
这个时候，程序此时就在等待我们硬件资源，也就是键盘的写入。

我们知道，进程 = task_struct + 可执行程序 ，那我们进程在排队的时候是 task_struct 在排队，还是可执行程序在排队，亦或是两者都排队呢？我们不妨讲个故事：

有一天，阿熊自信满满，觉得自己实力已经可以去闯闯了，于是阿熊连夜写了一份简历，第二天就向自己心仪的公司投递了过去，每天期待着答复。
这天，面试官手里拿着10份简历，按照面试官对应聘者的评价依次排放，筛选出自一半交给了hr，很幸运，阿熊居然没被刷下来，hr按照这个顺序依次比较，最后hr看着阿熊的简历坦然一笑…[未完]

其实，阿熊可以看为进程的代码和数据，而简历可以看作进程的PCB，而阿熊的简历被hr拿到的简历在一起的时候，其实就是进程排队的过程。

所以我们可以得出结论：进程排队不是进程的可执行程序在排队，而是进程的PCB在排队！

于是就在当天晚上，阿熊收到了一封短信：“尊敬的阿熊，介于您出色的表现，已经进入我司人才库…” 然而就在阿熊一个人偷抹眼泪的时候，某个面试官正在骂骂咧咧投递自己的简历到另一家公司…[结束]

🚀进程排队

那么如何理解进程排队这件事情，进程排队本质上就是数据结构的双向链表，但是稍稍不同的是，这个指针指向的并不是下一个PCB的开始，而是PCB内部的一个指针。

在这里插入图片描述
那么如何通过PCB的中间链表去访问链表以上的属性信息呢？其实很简单：

struct task_struct
{
	char ch1;
	char ch2;
	char ch3;
}

假如我们要从 ch3 访问 ch1，只需要ch3 - 2，也就是根据ch3到ch1的 偏移量 来确定ch1的位置，同样，在PCB的内部也是根据偏移量来确定位置的。

那么在我们Linux内核中是如何确定偏移量的呢？

在这里插入图片描述

话说回来，进程排队的意义是什么？我们应该已经清楚了：只要是在排队，就一定是在等待某种资源！

🚀进程状态的表述

✈️状态在代码中的表示

我们都知道，Linux是使用C语言写的，而如何描述进程状态，其实就是使用宏来表示对应的状态，比如：

#define NEW 0
#define READY 1
#defien RUNNING 2 
#define BLOCK 3
//...

struct task_struct
{
	int status;//就是上面定义的宏
	//...
}

现在，我们能把各个状态都具象化成宏了，而这些 状态决定了进程的后续动作，Linux中可能同时运行多个进程，OS就要根据进程的状态来决定下一步做什么。

在这里插入图片描述
以上可能是某个教材的进程状态图，我们接下来介绍的就是，运行、阻塞、和挂起 状态。

✈️运行状态

进程有一个状态叫做 运行状态，很多人以为只有当CPU执行到当前进程时，才能称为当前进程为运行状态，实则不然。

每一个CPU其实都有一个运行队列，比如：

struct runqueue{//运行队列
	int count;
	task_struct *p;//指向进程
}

在这里插入图片描述
此时，整个队列的进程运行状态都为运行状态，而运行状态的意思是：

R（Running）: 准备好被CPU随时调度。

✈️阻塞状态

进程有时会处于一种特殊的状态，阻塞状态 我们前面scanf等待硬件资源就会把进程拉入到一个 阻塞队列(Blocked Queue) 当中，表示正在阻塞等待某种硬件资源，当获得硬件资源后就会从阻塞队列中退出，链入到运行队列当中。

操作系统对下管理硬件资源，那么操作系统是如何管理这些硬件资源的？还是那六个字：先描述，再组织！

将硬件资源描述为一个个属性，将这些属性组织起来称为结构体，那么从此以后，操作系统对硬件的管理就变为了对这个结构体对象的管理。

struct device//硬件设备
{
	size_t type;//硬件类型，键盘、鼠标、磁盘，网卡等...
	//设备的操作方法
	//状态
	struct listnode node;
	task_struct *p;//指向进程
	//...
}

在这里插入图片描述
所以我们能得出的结论是：

当我们的进程在等待 软硬件资源 的时候，资源如果没有就绪，我们的进程PCB就只能： 1.将自己设置为阻塞状态。2.将自己的PCB链入等待资源的等待队列 （通常是资源竞争）。

✈️挂起状态

进程还存在一种挂起状态，这种状态与计算机内存有关系，当 计算机内存非常吃紧的时候，操作系统为了 保证向上提供良好的运行环境，所以操作系统一定会把需要等待资源的进程进行特殊处理，将内存资源释放一些，以便于 向上提供良好的环境。

比如说阻塞队列和等待队列，这些需要等待软硬件资源的进程，此时，这些进程不用我们的资源但是还占用我们的资源，所以OS就会将这些进程的代码和数据唤入到磁盘中的 swap分区。

在这里插入图片描述
其实这种挂起状态为 阻塞挂起，当然不排除有些教材里有其他挂起，但是我们就谈这一种。

唤出仅仅是将进程的代码和数据唤出，进程的 task_struct 一定要保留在内存中，不然OS就没法确定这个进程的状态了。

可能在有些书里还有其他挂起，但是挂起的原因只有一个：一定是因为某种资源的紧缺才会挂起。

📒✏️总结

每个进程都有自己的进程状态，在C语言中以宏的方式体现，有了状态操作系统就知道下一步要做什么。
进程中存在许多队列，CPU执行的队列叫做 运行队列，阻塞等待软硬件资源的叫做 阻塞队列和等待队列。
进程排队是进程的 task_struct 在排队，而不是可执行程序在排队。并且只要是排队，就 一定是在等待某种资源分配。
挂起状态跟 内存有关，当内存状态吃紧时，将需要等待软硬件资源的进程的代码和数据唤出到硬盘的 swap分区，需要时再唤出。

在这里插入图片描述

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