Linux进程——Linux下常见的进程状态

news2024/7/6 20:00:13

前言：在进程学习这一块，我们主要学习的就是PCB这个进程控制块，而PBC就是用来描述进程的结构体，而进程状态就是PCB结构体中的一个变量。

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本篇主要内容：

操作系统中的进程状态
Linux下的进程状态

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在开始之前，我们先来简单了解以下进程状态

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进程的本质就是PCB中的一个变量！！！

所谓状态变化，本质就是修改整形变量！！！

进程状态

1. 操作系统中的进程状态
- 运行状态
- 阻塞状态
- 挂起状态
2. Linux下的进程状态
- 运行状态
- 休眠状态
- 前台进程和后台进程
- 停止状态
3. 总结

1. 操作系统中的进程状态

本篇围绕操作系统中的三种进程状态:运行状态，阻塞状态，挂起状态来展开

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当进程准备好了随时可以被调度时，其实就是创建状态和就绪状态，这俩没有太大区别！！

运行状态

虽然不同的计算机有不同的配置，但是无论如何
每个CPU都会在系统层面有属于自己的运行队列！

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只要在运行队列中的进程都是运行状态！

阻塞状态

我们在编写的代码中，都会无法避免的访问一些操作系统里的某些资源,比如:磁盘,键盘,网卡等硬件设备，当我们用scanf或者cin读取键盘数据时，当我们不输入s时，数据没有准备就绪，进程不具备访问条件，进程代码无法向后执行，这就是阻塞状态

系统会等待用户输入,只要不输入,要访问的资源就没有就绪

比如：

  1 #include<stdio.h>
  2 
  3 int main()
  4 {
  5     int n = 0;
  6 
  7     printf("please Enter# ");
  8 
  9     scanf("%d",&n);
 10 
 11     printf("echo# %d\n",n);
 12 
 13     return 0;
 14 }

我们在运行这段代码时；
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进程一直等待着我们从键盘输入数据，此时进程就处于阻塞状态！

操作系统要管理进程，操作系统就必须知道进程的基本信息；操作系统要管理硬件，也就必须知道硬件的相关信息！

那操作系统是如何知道底层硬件的信息呢？

在操作系统中，有管理设备的结构体
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将一个进程从运行队列移动至的等待队列中,再将状态改为阻塞那么这个进程就处于阻塞状态，这个过程就是状态变化！

进程状态的变化：

更改PCB status的整数变量
将PCB连入不同的队列中

所有过程都只会进程的PCB有关，和进程代码数据没有关系！

操作系统中，会存在非常多的队列，运行队列，等待硬件的设备等待队列等，并且所有系统内的进程都是以双链表链接起来！

挂起状态

假设：
一个进程当前被阻塞了，那么这个进程在它所等待的资源没有就绪的时候，该进程是无法被调度的。如果此时恰好OS内的内存资源已经严重不足了，那么操作系统该怎么办?

因为此时进程处于阻塞状态,并且内存已严重不足,所以OS会将PCB对应的数据和代码转移到磁盘,为内存释放一部分资源，腾出一部分空间，然后该进程就被挂起了

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将内存数据进行置换到外设，针对所有阻塞进程，因此不用担心效率降低的问题，因为这个是必然的，而现在首要任务是让操作系统能继续执行下去！
分区是磁盘中真实存在的，它的大小往往是很小的,这个部分专门
用于内存严重不足时和内存进行交互，并且当内存情况缓解后,曾经被置换出去的代码和数据又会重新加载进来
当进程被系统调度时，曾经被置换出去的进程代码和数据，又要重新被加载进来

2. Linux下的进程状态

下面是一段库中找的状态的定义:

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 */
};

Linux下的进程状态：

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，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

运行状态

在介绍完这些状态之后，我们来实际操作看看！

我们来一段死循环代码，方便我们观察

  1 #include<stdio.h>  
  2 #include <unistd.h> 
  3 int main()  
  4 {  
  5     while(1)
  6     {
  7         printf("hello , Linux!\n");
  8         sleep(1);                                                                                                                                                                      
  9     }                                                                                                       
 10     return 0;                                                                                               
 11 }                                                                                                                                                                                     
~

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我们可以看到程序时处于一个S+的状态，但是依据概念，程序不应该是R状态吗？

因为循环打印时,IO输出是很慢的打印字符会和外设屏幕交互，因此大部分时间进程都处于阻塞状态,但也有极少时间在打印,所以查看进程状态时，我们偶尔可以看见R状态

如果我们将printf删除，单留while，会是什么情况呢？

  1 #include<stdio.h>  
  2   
  3 int main()  
  4 {  
  5     while(1)  
  6     {  
  7     }                                                                                  
  8     return 0;      
  9 }

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我们可以看到此时程序处于R状态

休眠状态

S(sleeping):休眠状态，浅度睡眠，可以被终止，浅度睡眠会对外部信号做出响应
D(disk sleep):也是休眠状态，深度睡眠

S相对操作系统来讲也就是阻塞状态，D则是专门针对磁盘设计的

我们来换个角度来理解以下D状态：

假设在内存中，有一个进程，需要将自己的代码和数据写入磁盘，因为内容数据不小，在磁盘拷贝时，需要一段时间，此时进程变为S状态。
此时，恰好系统内的内存资源已经严重不足了，系统压力太大，Linux在是在没办法时候，会通过杀掉进程，节省资源的，来不及进程反应直接被系统 “干掉” 。
然后磁盘写入失败，而磁盘也有自己的事情要做，然后将未完成的代码和数据直接删除，拷贝失败！