Linux进程学习【二】

news2024/11/13 23:38:11

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Perseverance is not a long race; it is many short races one after another.

毅力不是一场漫长的比赛;是许多短跑一个接一个。

文章目录

📘前言
📘正文
- 📖阻塞
- 📖挂起
- 📖进程状态
- - 🖋️运行 R
  - 🖋️睡眠 S
  - 🖋️休眠 D
  - 🖋️暂停 T
  - 🖋️死亡 X
  - 🖋️僵尸 Z
📘总结

📘前言

进程 只有被OS管理好了，才能发挥它的全部功效，而系统中存在多个 进程，OS无法做到面面俱到，因此为了更好的管理进程，OS把 进程 分成了几种状态：阻塞、挂起、运行、休眠等等，至于每种状态的应用场景是什么、有什么用？本文将会带着大家认识的各种 进程 状态

进程状态

📘正文

在谈 进程状态 之前，首先要回顾下之前的 进程 相关知识

OS管理的本质是先描述，再组织
OS并非直接管理 进程 ，而是管理 进程 的 PCB(task_struct)
PCB 中有着进程的各种信息，包括：PID、PPID、进程状态等
我们可以通过函数 getpid() 获取当前进程的 PID
进程 间存在父子关系，可以通过 fork() 主动创建 子进程
父子进程 相互独立，共享一份代码时，具有 写时拷贝 机制

📖阻塞

何为阻塞？

阻塞 就是 进程 因等待某种条件就绪，而导致的一种不推进状态
通俗来说，阻塞 就是 进程 卡住了，原因就是缺少资源

比如在我们日常生活中，常常发生堵车，原因就是道路资源不够用了，车辆这个 进程 就需要原地等待

那么进程需要什么资源呢？

比如 磁盘、网卡、显卡 等各种外设
假设你现在想在 steam 上下载游戏，当你点击下载按钮后提示磁盘空间不足，此时是无法运行 steam下载 这个进程的，因为此 进程 需要等待足够大的 磁盘资源
此时我们就称此 进程 为 阻塞 状态

总结

进程阻塞就是不被调度

原因

进程的 task_struct 结构体需要在某种被 OS 管理的资源下排队

📖挂起

理解 进程阻塞 后，理解 进程挂起 就比较轻松了

挂起（阻塞挂起）

当 CPU 资源紧张时，将 进程 交换至 磁盘 中挂起，此时内存中只有 PCB

挂起可以看作一种特殊的阻塞状态

比如在我们生活中，一边走路一边玩手机很危险，所以此时我们会将玩手机这个 进程挂起 ，即把手机揣进兜里，然后 专心执行走路这个 进程
走路玩手机

📖进程状态

进程 有各种运行状态，方便OS进行管理，在 Windows 中，进程 状态是这样的
Win
而在我们 Linux 中，新建、就绪、运行都可以看作 运行 R 这一个状态，所以比较清晰

Linux
而我们今天要学习的正是 Linux 中的 进程 状态

进程是何种状态，取决于此进程的PCB在哪里排队

🖋️运行 R

首先来看看第一种状态 R
以我们以往的认知来说，一个程序在运行就表示该 进程 处于 运行 状态，那么事实真的如此吗？

先来看看下面这段代码：

#include<iostream>
using namespace std;

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
  while(1)
  {
    cout << "I'm a process, my PID is:" << getpid() << endl;
    sleep(1);
  }
  return 0;
}

当前 Makefile 文件为

myProcess:test.cpp
	g++ -o myProcess test.cpp

.PHONY:catPI
catPI:
	ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myProcess | grep -v grep 

.PHONY:clean
clean:
	rm -r myProcess

通过 make catPI 指令调用 Makefile 中提前设定好的指令，查看当前进程信息
进程演示

可以看到当前的进程状态为 睡眠 S+
注： + 表示当前进程在前台运行中

进程 难道没有运行吗？

运行了，但我们 很难捕捉到
对于 CPU 来说，将这么简单的一句话输出到屏幕上是一件很小的事，可能几毫秒就完成了
而其他大多数时间，进程 都在外设等待队列中 排队
当我们将打印语句和睡眠语句屏蔽后，进程 不用在等待队列中 排队， CPU 就一直在处理死循环，此时可以观察到 运行 R 状态

运行状态
此时进程 myProcess 就在运行中

注意： R 表示此时 进程 已经在 运行队列 中排队了，但 进程 不一定在 CPU 上运行

🖋️睡眠 S

睡眠 S 的本质就是 进程阻塞，表示此时进程因等待某种资源而暂停运行；睡眠 S 又称为可中断休眠，当 进程 等待时间过长时，我们可以手动将其关闭，应用卡死后强制关闭也是这个道理

睡眠状态
还有一种方式终止进程：kill

kill -9 PID 终止进程，当进程在后台运行时（状态不加 +），我们是无法通过 ctrl+c 终止的，但 kill 指令可以终止

🖋️休眠 D

还存在一种特殊睡眠状态 休眠 D，休眠 又被称为不可中断休眠，顾名思义，休眠 D 状态下的 进程 是无法终止的，kill 指令和 OS都无能为力，只能默默等待 进程阻塞 结束，拿到资源了，进程 才会停止 休眠 D 状态

终止 休眠 D 进程的一个方法就是切断电源，此时进程是结束了，但整个系统也结束了

倘若存在休眠 D 进程长时间运行，那么此时就表示系统离宕机不远了

不可休眠状态比较少见，一般出现于IO阻塞

用途：

使操作系统无法杀死该 进程，预防误杀现象

🖋️暂停 T

我们还可以使 进程 进入 暂停 T 状态

kill -19 PID 暂停进程
kill -18 PID 恢复进程

进程暂停

我们可以通过 kill -18 PID 使 进程 恢复运行，恢复后的 进程 在后台运行
进程恢复
注意： 进程 在后台运行时，是无法通过 ctrl+c 指令终止的，只能通过 kill -9 PID 终止

在 gdb 中调试代码时，打断点实际上就是 使 进程 在指定行暂停运行，此时 进程 处于 追踪暂停状态 t

🖋️死亡 X

当进程被终止后，就处于 死亡 X 状态

死亡状态是无法在任务列表中观察到的，死亡 X 状态只是一个返回状态

🖋️僵尸 Z

与死亡状态相对应的还有一个 僵尸 T 状态

通俗来说，僵尸状态 是给 父进程 准备的
当 子进程 被终止后，会先维持一个 僵尸 状态，方便 父进程 来读取到 子进程 的退出结果，然后再将 子进程 回收
单纯的在 bash 环境下终止 子进程，是观察不到 僵尸状态 的，因为 bash 会执行回收机制，将 僵尸 回收
我们可以利用 fork() 函数自己创建 父子进程 关系，观察到这一现象

#include<iostream>
using namespace std;

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

int main()
{
  pid_t ret = fork();
  if(ret == 0)
  {
    while(1)
    {
      cout << "I'm son process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;
      sleep(1);
    }
  }
  else if(ret > 0)
  {
    while(1)
    {
      cout << "I'm father process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;
      sleep(1);
    }
  }
  else
  {
    while(1)
    {
      cout << "Make son process fail!" << endl;
      sleep(1);
    }
  }

  return 0;
}