Linux进程理解【进程状态】

进程运行时，进程会被CPU调度，但系统中存在多个进程，进程运行的先后顺序等等该怎么保证呢？OS将进程分成了运行、睡眠、休眠、暂停、死亡等几种状态来对进程进行管理，下面我将带大家学习进程各种状态的应用场景及作用

文章目录：

Linux进程理解【进程状态】
1. 阻塞和挂起
2. 进程状态
- 2.1 运行状态 R
- 2.2 睡眠状态 S
- 2.3 休眠状态 D
- 2.4 暂停状态 T
- 2.5 死亡状态 X
- 2.6 僵尸状态 Z
3. 孤儿进程

1. 阻塞和挂起

阻塞

阻塞就是进程因为等待某种条件就绪，而导致的一种不推进的状态
简单来说就是，进程卡住了，原因是在等待某种资源
从数据结构角度来理解，阻塞就是不被调度，这一定是因为进程task_struct结构体需要在某种被OS管理的资源下排队

举个例子，我们在使用到scanf函数时，当我们运行程序，光标会一直到控制台闪烁，实际上此时这个进程就是阻塞状态，它是在等待键盘的输入，也就是在等待键盘输入这一资源

为什么要阻塞呢？

进程要通过等待的方式，等具体的资源被别人用完之后，再被自己使用，阻塞就是进程等待某种资源就绪的过程

挂起

挂起状态就是当CPU资源不足时，OS将数据和代码(进程)交换到磁盘中挂起，此时内存中只有PCB

举个例子，我们在下载软件时，下载这个进程就会被加载到内存中，此时如果突然断网了，就会阻塞(缺少网卡资源)，由于这里进程暂时不会被运行，资源放在内存中就会浪费空间，OS就会将代码和数据(进程)暂时存放到磁盘中，等到有网了再从磁盘中拿取，这个过程就是挂起状态，可以说挂起是一种特殊的阻塞状态

2. 进程状态

Linux下的进程状态

进程是什么状态一般是看进程在那个队列排队，也就是在那个硬件资源排队

kernel源代码定义：

/*
* 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 */
};

几种状态的解释

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）
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

2.1 运行状态 R

按照以往的观点，程序一旦运行起来了，那么该程序就是处于运行状态，真的是这样吗？下面我们来看一个例子：

Makefile文件

myproc:mytest.c
	gcc -o myproc mytest.c

.PHONY:monitor
monitor:
	ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myproc | grep -v grep 

.PHONY:clean
clean:
	rm -f myproc

这里可以直接将监视指令写入Makefile文件中，使用起来更加方便

下面我们运行监视起来看看现象

通过监视可以观察到此时的进程状态为S+，也就是睡眠状态，+ 号表示当前进程在前台运行

这是为什么呢，难道程序没有运行吗？

printf库函数是向外设打印信息，当CPU执行printf库函数时，就需要访问外设，但是这里如果时频繁打印的时候，CPU的运行速度是非常快的，外设和CPU的速度相差太大，导致外设就不一定是就绪的，那么这里就会产生阻塞，这个进程就会被放在对应的外设的结构体队列中排队。
其实程序运行了，但是我们很难捕捉到，大多数时间，进程都在外设等待队列中排队，导致效果上是休眠状态

这里如果我们去掉printf这一条需要访问外设的语句，进程就不会发生排队阻塞了，此时就可以观察到是运行状态

注意：R状态表示进程在运行，但不一定是在CPU上运行，进程在运行队列中排队也算运行状态

2.2 睡眠状态 S

睡眠状态S的本质就是进程阻塞，表示进程等待某种资源，在上面的测试中已经体现了

进程处于睡眠志状态我们可以通过ctrl + c来终止进程

当进程是在后台运行时，状态表示没有 + 号，此时ctrl + c是无法终止进程的，需要使用kill -9 PID来终止进程

2.3 休眠状态 D

休眠状态D是一种特殊的睡眠状态，又被称为不可中断睡眠状态，休眠状态下的进程是无法终止的，只能等到拿到所需资源，阻塞结束后，进程才会停止休眠状态

休眠状态比较少见，一般会出现于IO阻塞，这个状态的进程通常会等待IO的结束。系统不能出现D状态，出现D状态说明磁盘被占用空间很大，此时这个进程不能删除，一直等到数据被CPU处理完后这个进程才可中断，此时就表示系统离宕机不远了

2.4 暂停状态 T

可以通过指令使进程处于暂停状态T

kill -19 PID 暂停指定进程
kill -18 PID 恢复进程暂停

使用kill -19 PID 暂停进程

使用kill -18 PID 恢复进程暂停

可以看到此时恢复暂停后，进程状态为S，没有+表示进入了后台睡眠状态，此时使用ctrl+c是无法终止进程的，只能使用kill -9 PID来终止

在 gdb 中调试代码时，打断点本质上就是使进程在指定行暂停运行，此时 进程 处于 t状态，也就是追踪暂停状态

2.5 死亡状态 X

当进程被终止后，就是处于死亡状态X，无法在任列表中看到这个状态，死亡状态只是一个返回状态

2.6 僵尸状态 Z

僵尸状态Z引入

在多进程执行任务时，如果一个进程退出了，马上就成为了死亡X状态，bash作为父进程，是没有机会拿到退出结果的
为了解决这一问题，Linux下当子进程终止后，不会立即退出，而是会维持一个僵尸Z状态，方便父进程来读取子进程的退出结果

bash有僵尸进程的回收机制，直接在bash环境下终止子进程无法观察到僵尸状态，这里我们可以使用上文中讲到的fork()函数来创建父子进程关系，观察僵尸状态

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <assert.h>
 
int main()
{
  pid_t ret = fork(); //获取返回值
  assert(ret != -1);  //创建失败的情况
 
  if(ret == 0) //子进程
  {
    while(1)
    {
 
      printf("我是子进程, 我的PID是: %d，PPID是: %d\n", getpid(), getppid());
      sleep(1);
    }
  }
  else if(ret > 0) //父进程
  {
    while(1)
    {
      printf("我是父进程, 我的PID是: %d，PPID是: %d\n", getpid(), getppid());
      sleep(1);
    }                                                      
  }
  else
  {
    printf("进程创建失败！");
  }
 
  return 0;
}