进程状态究竟是什么？在Linux操作系统中具体存在哪些进程状态？

news2024/9/21 18:48:11

进程状态究竟是什么？在Linux操作系统中具体存在哪些进程状态？

前言
一、操作系统中的进程状态
- 1.1 运行状态
- 1.2 阻塞状态和唤醒
- 1.3 挂起状态
二、Linux操作系统中具体进程状态
- Linux中的进程状态种类
- 2.1 R运行状态（running）
- 2.2 前台进程、后台进程
- 2.3 S睡眠状态、D磁盘休眠状态
- 2.4 Z 僵尸状态
- 2.5 T停止状态
- 2.6 X死亡状态

前言

进程状态就是PCB中的一个字段（通俗来讲，就是PCB中的一个变量），进程状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。
进程状态在操作系统中分为为：新建状态、就绪状态、阻塞状态、挂起状态以及结束状态。但在每一款具体的操作系统中，进程状态多存在差异，并非完全对应。
为此本篇博客将分别介绍理论进程状态、在Linux操作系统中的进程状态有哪些！

一、操作系统中的进程状态

在操作系统层面上，进程状态分为以下5类：新建状态、就绪状态、运行（执行）状态、阻塞状态、以及终止状态（还有挂起状态）。
在操作系统中存在运行队列、等待设备的等待队列等等队列。而进程的状态的本质就是更改进程中pcb -> status指向的整型变量、并将进程的pcb链入不同的队列中！

在这里插入图片描述

1.1 运行状态

在计算机中，为了更好的进行进程调度，操作系统会为每一个CPU维护一个运行队列。所有将来需要被CPU调度的进程都会被链入该运行队列中。对于早期的计算机而言，只有进程被加载到CPU中时，进程状态才被称为运行状态。但在现在的计算机中，只有进程在CPU的运行队列中，此时进程的状态就被称为运行状态。（现代计算机中创建状态、就绪状态、执行状态以及区分不大了）
在这里插入图片描述

1.2 阻塞状态和唤醒

当CPU在运行进程时，有些程序需要访问其他资源（比如：网卡、显卡、键盘等等）。以键盘为例，当程序中存在scanf或cin等操作时，程序需要从键盘上读取我们输入的数据。如果我们此时不输入任何东西，此时表明设备中的数据没有就绪（更直接的说，当前进程要访问的数据没有就绪）。此时操作系统会将该进程的PCB从运行队列中移到该设备队列的等待队列中，此时进程的状态称为阻塞状态。
当设备中的数据就绪后，OS会将等待队列中的进程重新移会运行队列中，该过程被称为进程唤醒！！

在这里插入图片描述

1.3 挂起状态

当一个进程被堵塞时，该进程无法被调度。如果此时操作系统的资源以及严重不足时，操作系统会将该进程的代码和数据都转移到磁盘的Swap分区。当进程被转移到磁盘中时，此时进程的状态称为挂起状态！当进程杯调度时，操作系统会将对应的代码和数据重新加载到内存中。

Swap分区的大小普遍为内存的1~2倍左右。不能设置过大，否则当系统内存不足时，OS会过度依赖Swap分区，导致大量内存和磁盘间的IO操作，大大降低计算机的运行速度！！
当内存不足时，所有进程状态为阻塞状态的进程都有可能会置换到磁盘Swap分区。

二、Linux操作系统中具体进程状态

Linux中的进程状态种类

下面时Linux内核中进程状态的描述：

/*
* 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 */
};

下面我们来一一介绍每种进程状态究竟是什么!

2.1 R运行状态（running）

R运行状态并不意味着进程一定在CPU中运行，进程只需在CPU中或运行队列中即可。
下面我们在code.c源文件中写入一个死循环，然后通过Makefile/make编译后，通过脚本监视该进程看看进程的状态变化！

【code,c源文件】：

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

【进程监控脚本】：博主源文件编译形成的目标文件为mybin,各位可将脚本中的mybin替换成各自的目标二进制文件。

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep mybin | grep -v "grep"; sleep 1; echo "################################################"; done

【动画展示】：
请添加图片描述
在动画展示中，我们发现进程运行时，进程状态尽然是S+（其实还有个别情况中会出现R+,博主试不出就只剪了一小段）。至于为啥绝大部分进程状态为S+，原因在于S状态是一种阻塞状态，在源文件中存在向外设输出信息的过程，此时外设不一定装备好了，因此进程切换到堵塞。(+表示为前台进程，后续介绍)

如果我们将源文件code.c中向外设输出的语句去掉即可看到进程状态为R+。
【code.c源文件】：

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

【动画展示】：
请添加图片描述

2.2 前台进程、后台进程

在2.1中我们在动画展示中发现进程状态后面带+，该符号表示当前进程为前台进程，前台进程在程序运行时无法执行其他指令，并且可以通过ctrl c来结束进程。
在运行文件后&，此时进程为后台进程。后台进程可以在程序运行时执行其他指令，但操作系统无法将该进程杀掉（即无法通过ctrl c来结束进程）。只能通过kill -9 进程PID来杀掉该进程！

【前台进程动画展示】：
请添加图片描述
【后台进程动画展示】：

实际上，编译器调式就是18) SIGCONT 、19) SIGSTOP两者信号间相互转化来控制的。

2.3 S睡眠状态、D磁盘休眠状态

睡眠状态，是意味着进程在等待事件完成。S时一种浅度睡眠，可以被终止。（即上面动画展示中通过Ctrl c终止进程）
磁盘休眠状态，有时候也叫不可中断睡眠状态，是一种深度睡眠。该状态主要体现在操作系统向磁盘中写入重要关键数据时，防止数据丢失，在这个状态的进程通常会等待IO的结束。（如果此时操作系统内存不足，并且当前进程正在向磁盘写入数据；此时该进程的状态改为堵塞状态，操作系统可能会将该进程直接杀掉，找出数据丢失）