前言

前面我們講述了進(jìn)程的基本概念以及如何描述、組織、查看進(jìn)程，如何使用fork函數(shù)創(chuàng)建子進(jìn)程等內(nèi)容，本篇將講述進(jìn)程的各種狀態(tài)。

先看看Linux內(nèi)核源代碼怎么說(shuō)

下面的狀態(tài)在kernel源代碼里的定義：

/*
* 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 */
};

認(rèn)識(shí)進(jìn)程狀態(tài)

在我們講述Linux內(nèi)核中的進(jìn)程狀態(tài)之前，我們先在看一下網(wǎng)上是怎么個(gè)樣子。

如下：

我們依次來(lái)解釋一下它的含義

新建

新建：字面意思，就是創(chuàng)建以后還沒有進(jìn)入運(yùn)行隊(duì)列（如fork后）

阻塞

阻塞：我們都知道進(jìn)程的代碼數(shù)據(jù)在內(nèi)存中，但是系統(tǒng)還有其他資源，如網(wǎng)卡、磁盤等…所以系統(tǒng)不止有一種隊(duì)列，不同的隊(duì)列速度不同，所以就會(huì)有時(shí)間差，阻塞狀態(tài)就是CPU等待非CPU資源就緒的狀態(tài)。

我們來(lái)驗(yàn)證一下：
比如有下面代碼：

#include<stdio.h>
int main()
{
	int a = 0;
	scanf("%d",&a);
	return 0;
}

這個(gè)等待輸入的狀態(tài)就是阻塞狀態(tài)

運(yùn)行

比如之前講的task_struct結(jié)構(gòu)在隊(duì)列中排隊(duì)就叫做運(yùn)行態(tài)

掛起

和阻塞有點(diǎn)類似，但是它的區(qū)別是掛起狀態(tài)會(huì)將進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)換出到磁盤上，而阻塞時(shí)的進(jìn)程代碼數(shù)據(jù)仍在內(nèi)存。

終止

它是X和Z兩種狀態(tài)的綜合體，具體之后再講~

進(jìn)程狀態(tài)查看命令

ps aux / ps axj 命令

Linux內(nèi)核中的進(jìn)程狀態(tài)

R

R即表示運(yùn)行態(tài)，并不意味著進(jìn)程一定在運(yùn)行中，它表明進(jìn)程要么是在運(yùn)行中要么在運(yùn)行隊(duì)列里。

測(cè)試代碼：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    while(1)
    {

    }
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

S

阻塞態(tài)，意味著進(jìn)程在等待事件完成（這里的睡眠有時(shí)候也叫做可中斷睡眠（interruptible sleep））。

我們都知道進(jìn)程的代碼數(shù)據(jù)在內(nèi)存中，但是系統(tǒng)還有其他資源，如網(wǎng)卡、磁盤等…所以系統(tǒng)不止有一種隊(duì)列，不同的隊(duì)列速度不同，所以就會(huì)有時(shí)間差，阻塞狀態(tài)就是CPU等待非CPU資源就緒的狀態(tài)。

如下圖：

這并不是真的S狀態(tài)，為什么這么講？因?yàn)槟阍L問(wèn)了外設(shè)，一旦訪問(wèn)外設(shè)的話，這個(gè)外設(shè)不一定說(shuō)是立馬給你準(zhǔn)備好，即便是給你準(zhǔn)備好了，其實(shí)你也要有一個(gè)讓他那么獲取你數(shù)據(jù)的過(guò)程。然后其實(shí)外設(shè)就比較慢，要等的話，其中你的進(jìn)程狀態(tài)大部分都是 s，所以你看到當(dāng)前，它的狀態(tài)就是 s 狀態(tài)。

D

磁盤休眠狀態(tài)（Disk sleep）有時(shí)候也叫不可中斷睡眠狀態(tài)（uninterruptible sleep），它不可被中斷、不可被動(dòng)喚醒，在這個(gè)狀態(tài)的進(jìn)程通常會(huì)等待IO的結(jié)束。

S與D的區(qū)別：

• 它們都是睡眠狀態(tài)，幾乎等價(jià)，但是S是可中斷的，D不可中斷。

那么D的意義是什么？
在操作系統(tǒng)中，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，會(huì)自動(dòng)殺死一些不用的進(jìn)程，但是有些進(jìn)程一旦終止，便可能造成數(shù)據(jù)丟失，操作系統(tǒng)就需要知道哪些不能被自動(dòng)殺死，于是在S的基礎(chǔ)上就有了D狀態(tài)。

T

停止?fàn)顟B(tài)（stopped）： 可以通過(guò)發(fā)送 SIGSTOP 信號(hào)給進(jìn)程來(lái)停止（T）進(jìn)程。這個(gè)被暫停的進(jìn)程可以通過(guò)發(fā)送 SIGCONT 信號(hào)讓進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。

要注意和阻塞態(tài)的區(qū)別，它不用等待資源，比如打斷點(diǎn)時(shí)。

測(cè)試斷點(diǎn)：


上圖中的 t 就是暫停狀態(tài)。

X

死亡狀態(tài)（dead）：這個(gè)狀態(tài)只是一個(gè)返回狀態(tài)，你不會(huì)在任務(wù)列表里看到這個(gè)狀態(tài)，它的作用是供給操作系統(tǒng)回收的，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)不會(huì)每時(shí)每刻都回收，而是過(guò)一段時(shí)間回收一次來(lái)提高效率。

到現(xiàn)在為止，我們對(duì)進(jìn)程的概念停留在兩個(gè)方面：

一、必須把自己的可執(zhí)行程序和代碼加載到內(nèi)存中。

二、操作系統(tǒng)為了管理眾多進(jìn)程，它必須給每個(gè)進(jìn)程都創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的PCB。

接下來(lái)我們來(lái)講解兩種特殊的進(jìn)程，僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程。

Z

僵死狀態(tài)（Zombies）是一個(gè)比較特殊的狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程退出并且父進(jìn)程（使用wait()系統(tǒng)調(diào)用,后面講）沒有讀取到子進(jìn)程退出的返回代碼時(shí)就會(huì)產(chǎn)生僵死(尸)進(jìn)程

僵死進(jìn)程會(huì)以終止?fàn)顟B(tài)保持在進(jìn)程表中，并且會(huì)一直在等待父進(jìn)程或者操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行回收。

只要子進(jìn)程退出，父進(jìn)程還在運(yùn)行，但父進(jìn)程沒有讀取子進(jìn)程狀態(tài)，子進(jìn)程進(jìn)入Z狀態(tài)

我們可以這樣理解它，僵尸進(jìn)程可理解為他們的代碼和數(shù)據(jù)已經(jīng)被釋放掉，但PCB沒有釋放。

eg:假如有一個(gè)惡意程序。運(yùn)行后就是讓子進(jìn)程退出，但父進(jìn)程不回收他這樣就會(huì)導(dǎo)致僵尸問(wèn)題，讓操作系統(tǒng)速度卡頓

驗(yàn)證代碼：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t pid=fork();
    if(pid<0)
    {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    else if(pid==0)
    {
        while(1)
        {
            printf("I am child,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(3);
            break;
        }
        exit(0);
    }
    else
    {
        while(1)
        {
            printf("I am father,pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    printf("you can see me!\n");

    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

查看狀態(tài)：

圖中的Z就是僵尸狀態(tài)，子進(jìn)程已退出，但父進(jìn)程還在運(yùn)行，處于等待回收的被檢測(cè)狀態(tài)。

R+/S+/T+中的+是什么意思？

• 帶 + 為前臺(tái)任務(wù)，一旦開始，就會(huì)占用bash對(duì)話框執(zhí)行命令就沒有任何效果了，而且可以被Ctrl + c 終止。
• 如果要讓它在后臺(tái)運(yùn)行，則使用./mycode & [任務(wù)號(hào)] pid，此時(shí)bash就看不到它的運(yùn)行了，變成了R狀態(tài)，終止命令：kill -9 pid,暫停命令：kill -19 pid，繼續(xù)命令：kill -18 pid

僵尸進(jìn)程危害

進(jìn)程的退出狀態(tài)必須被維持下去，因?yàn)樗嬖V關(guān)心它的進(jìn)程（父進(jìn)程），你交給我的任務(wù)，我辦的怎么樣了。
可父進(jìn)程如果一直不讀取，那子進(jìn)程就一直處于Z狀態(tài)？
是的！

維護(hù)退出狀態(tài)本身就是要用數(shù)據(jù)維護(hù)，也屬于進(jìn)程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，
換句話說(shuō)，Z狀態(tài)一直不退出，PCB一直都要維護(hù)？是的！

那一個(gè)父進(jìn)程創(chuàng)建了很多子進(jìn)程，就是不回收，是不是就會(huì)造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)？
是的！因?yàn)閿?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象本身就要占用內(nèi)存，想想C語(yǔ)言中定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體變量（對(duì)象），是要在內(nèi)存的某個(gè)位置進(jìn)行開辟空間！

是否會(huì)內(nèi)存泄漏?是的！比如。 C語(yǔ)言寫的程序中malloc后的資源不回收，此時(shí)導(dǎo)致的僵尸問(wèn)題就是內(nèi)存泄漏。

孤兒進(jìn)程

父進(jìn)程如果提前退出，那么子進(jìn)程后退出，進(jìn)入Z之后，那該如何處理呢？

父進(jìn)程先退出，子進(jìn)程就稱之為“孤兒進(jìn)程”

我們知道子進(jìn)程一般由父進(jìn)程回收，但是如果是上面這種情況，孤兒進(jìn)程會(huì)被1號(hào)init進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)，當(dāng)然要由init進(jìn)程回收嘍。

為什么要被領(lǐng)養(yǎng)？

當(dāng)子進(jìn)程退出時(shí)，父進(jìn)程已不在，需要由領(lǐng)養(yǎng)進(jìn)程來(lái)進(jìn)行回收。

驗(yàn)證一下：

#include<stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if(id==0)
	{
		//child
		while(1){}
	}
	else
	{
		int cnt=5;
		while(cnt)
		{
			cnt--;
			sleep(1);
		}
	}
	return 0;
}

ps axj | head -1 && ps ajx | grep mycode

ps axj | head -1 && ps ajx | grep 2194

在一些較新的Linux發(fā)行版中，引入了--user選項(xiàng)，該選項(xiàng)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)用戶級(jí)的systemd實(shí)例，用于管理用戶級(jí)別的服務(wù)和進(jìn)程。

這個(gè)用戶級(jí)的systemd實(shí)例的進(jìn)程ID可能會(huì)出現(xiàn)在其他進(jìn)程的PPID字段中，包括孤兒進(jìn)程。

雖然孤兒進(jìn)程的父進(jìn)程通常是1號(hào)進(jìn)程，但在這種情況下，用戶級(jí)systemd實(shí)例的主進(jìn)程可能會(huì)被記錄為孤兒進(jìn)程的父進(jìn)程。

后記

本篇從操作系統(tǒng)常見的進(jìn)程狀態(tài)來(lái)引入到Linux內(nèi)核中的進(jìn)程狀態(tài)，他們中的狀態(tài)有所不同，但是其內(nèi)核是一樣的。比如R表示運(yùn)行態(tài)、S表示阻塞態(tài)、D表示磁盤休眠態(tài)、 T表示暫停狀態(tài)、X表示死亡狀、 G表示相似狀態(tài)、他們組合起來(lái)，分別對(duì)應(yīng)的阻塞、運(yùn)行、掛起、終止這些狀態(tài)。我們還講述了在我們查看進(jìn)程狀態(tài)時(shí)看到的加號(hào)是什么意思？以及講述了兩種特殊的進(jìn)程狀態(tài)，僵尸進(jìn)程和孤兒進(jìn)程。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-652747.html

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