> 作者簡介：?舊言~，目前大二，現(xiàn)在學(xué)習(xí)Java，c，c++，Python等
> 座右銘：松樹千年終是朽，槿花一日自為榮。

> 目標(biāo)：了解馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)，掌握Linux的進(jìn)程

> 毒雞湯：一花凋零荒蕪不了整個(gè)春天，一次挫折也荒廢不了整個(gè)人生。

> 望小伙伴們點(diǎn)贊??收藏?加關(guān)注喲?????

??前言

????????本篇博客基于學(xué)習(xí)完馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)及其進(jìn)程，進(jìn)一步深度理解進(jìn)程，學(xué)習(xí)完本篇對(duì)進(jìn)程的理解會(huì)更上一層樓，想必大家已經(jīng)按耐不住接收新的知識(shí)，那咱們?cè)挷欢嗾f進(jìn)入今天的主題--->【Linux】進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程切換????。

?主體

我們從以下學(xué)習(xí)【Linux】進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程切換????。

??操作系統(tǒng)進(jìn)程

????????由于Linux是一個(gè)多用戶，多任務(wù)的系統(tǒng)，可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)用戶的多個(gè)程序，就必然會(huì)產(chǎn)生很多的進(jìn)程，而每個(gè)進(jìn)程會(huì)有不同的狀態(tài)。

????????進(jìn)程狀態(tài)：一個(gè)程序被加載到內(nèi)存變成進(jìn)程之后，操作系統(tǒng)要對(duì)該進(jìn)程進(jìn)行管理，即為其創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的PCB對(duì)象，而進(jìn)程狀態(tài)，本質(zhì)上就是PCB內(nèi)部的一個(gè)整形變量，不同的整形值就對(duì)應(yīng)不同的進(jìn)程狀態(tài)。

????????常見的進(jìn)程狀態(tài)：運(yùn)行、掛起、阻塞、新建、就緒、等待、掛機(jī)、死亡。進(jìn)程的不同狀態(tài)本質(zhì)都是用來滿足不同的運(yùn)行場(chǎng)景的。

• 運(yùn)行隊(duì)列

進(jìn)程如何在CPU上運(yùn)行的：CPU在內(nèi)核上維護(hù)了一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列，進(jìn)行對(duì)進(jìn)程的管理。讓進(jìn)程入隊(duì)列，本質(zhì)就是將該進(jìn)程的task_struct 結(jié)構(gòu)體對(duì)象放入運(yùn)行隊(duì)列之中。

一個(gè)CPU就一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列

• 進(jìn)程狀態(tài)

1. 運(yùn)行狀態(tài)：

   進(jìn)程PCB在運(yùn)行隊(duì)列里就是運(yùn)行狀態(tài)，不是說這個(gè)進(jìn)程正在運(yùn)行，才是運(yùn)行狀態(tài)。

   狀態(tài)是進(jìn)程內(nèi)部的屬性，所有的屬性在PCB里

   進(jìn)程不只是占用CPU資源，也有可能隨時(shí)要外設(shè)資源

2. 阻塞狀態(tài)：

   進(jìn)程不在運(yùn)行隊(duì)列之中，進(jìn)程不能直接被調(diào)度，而是在等待外設(shè)資源的狀態(tài)，進(jìn)程的PCB就被放在硬件的等待隊(duì)列中。本質(zhì)是對(duì)tack_struct對(duì)象放到不同的隊(duì)列中！

   綜上，所謂的進(jìn)程不同的狀態(tài)，本質(zhì)是進(jìn)程在不同的隊(duì)列之中，等待某種資源

3. 掛起狀態(tài)：

   如果系統(tǒng)中存在許多進(jìn)程，進(jìn)程短期內(nèi)不會(huì)被調(diào)度，代碼和數(shù)據(jù)在短期內(nèi)不會(huì)被執(zhí)行，此時(shí)如果內(nèi)存空間不足，操作系統(tǒng)就可以把代碼和數(shù)據(jù)暫時(shí)保存到磁盤上，節(jié)省一部分空間，該進(jìn)程暫時(shí)被掛起了，這就是掛起狀態(tài)。

   對(duì)于阻塞狀態(tài)和掛起狀態(tài)，阻塞不一定掛起，掛起一定是阻塞。

??Linux進(jìn)程狀態(tài)

我們Linux進(jìn)程狀態(tài)，可以用kernel源代碼查看：

/*
* 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 */
};

• R運(yùn)行狀態(tài)（running） : 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。
• S睡眠狀態(tài)（sleeping): 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））。
• 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），在這個(gè)狀態(tài)的進(jìn)程通常會(huì)等待IO的結(jié)束。
• T停止?fàn)顟B(tài)（stopped）： 可以通過發(fā)送 SIGSTOP 信號(hào)給進(jìn)程來停止（T）進(jìn)程。這個(gè)被暫停的進(jìn)程可以通過發(fā)送 SIGCONT 信號(hào)讓進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。
• 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)。
• z僵尸狀態(tài)（zombie）：這個(gè)狀態(tài)是一個(gè)已經(jīng)運(yùn)行完的子進(jìn)程等待父進(jìn)程回收它的返回信息。
  ?

那么我們可以親自操作來查看各種狀態(tài)

ps aux / ps axj //命令

那咱們看看Linux各種狀態(tài)下的樣子：

??R運(yùn)行狀態(tài)?

創(chuàng)建Makefile：

創(chuàng)建myprocess.c:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	while(1);
	{
		int a = 0;
        a = 1+1;
	}
	return 0;
}

這里博主沒有顯示，因?yàn)闆]有運(yùn)行。

??S睡眠狀態(tài)?

?創(chuàng)建Makefile：

創(chuàng)建myprocess.c:

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	while(1);
	{
		int a = 0;
        a = 1+1;
	}
	return 0;
}

??兩個(gè)特殊進(jìn)程

進(jìn)程退出的時(shí)候不能立即釋放該進(jìn)程對(duì)應(yīng)的資源！保存一段時(shí)間，讓對(duì)應(yīng)的父進(jìn)程/操作系統(tǒng)進(jìn)行讀取。

??僵尸進(jìn)程?

????????進(jìn)程退出了，但退出信息沒有父進(jìn)程或者OS被回收，那么此時(shí)該進(jìn)程就處于僵尸進(jìn)程。咱們演示一下效果。

創(chuàng)建myproc.c:

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
       // 子進(jìn)程
            printf("after fork, 我是子進(jìn)程: I am a prcess, pid: %d, ppid: %d, return id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
	    sleep(5);
	    exit(1);
    }
    else{
        // 父進(jìn)程
        while(1){
            printf("after fork, 我是父進(jìn)程: I am a prcess, pid: %d, ppid: %d, return id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

創(chuàng)建Makefile:

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

.PHONY:clean

clean:
	rm -f myproc.c

運(yùn)行結(jié)果：

總結(jié)：

• 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)程讀取退出狀態(tài)代碼。所以，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)。

僵尸進(jìn)程的危害：

• 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?？筛高M(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， 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！
• 內(nèi)存泄漏

??孤兒進(jìn)程?

父進(jìn)程先退出，子進(jìn)程就稱之為"孤兒進(jìn)程"

創(chuàng)建myproc.c:

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

int main()
{
    printf("before fork: I am a prcess, pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());

    sleep(5);
    printf("開始創(chuàng)建進(jìn)程啦!\n");
    sleep(1);
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) return 1;
    else if (id == 0)
    {
       //  子進(jìn)程
        while (1) {
            printf("after fork, 我是子進(jìn)程: I am a prcess, pid: %d, ppid: %d, return id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
            sleep(1);
        }
    }
    else {
       //  父進(jìn)程
        while (1) {
            printf("after fork, 我是父進(jìn)程: I am a prcess, pid: %d, ppid: %d, return id: %d\n", getpid(), getppid(), id);
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

創(chuàng)建Makefile:

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

.PHONY:clean

clean:
	rm -f myproc.c

運(yùn)行結(jié)果：

??進(jìn)程優(yōu)先級(jí)

??優(yōu)先級(jí)概念

• 優(yōu)先級(jí)

即獲取資源的先后順序和先后被執(zhí)行的能力。優(yōu)先級(jí)高的先獲得和執(zhí)行，優(yōu)先級(jí)低的反之。
存在的原因:資源太少，需要資源分配。

cpu資源分配的先后順序，就是指進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)（priority）。優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)利。配置進(jìn)程優(yōu)先權(quán)對(duì)多任務(wù)環(huán)境的linux很有用，可以改善系統(tǒng)性能。還可以把進(jìn)程運(yùn)行到指定的CPU上，這樣一來，把不重要的進(jìn)程安排到某個(gè)CPU，可以大大改善系統(tǒng)整體性能。

• Linux優(yōu)先級(jí)

優(yōu)先級(jí)本質(zhì)就是PCB里面一個(gè)整數(shù)數(shù)字(或者幾個(gè)整型數(shù)字)

Linux優(yōu)先級(jí)有一個(gè)特點(diǎn)：很快

??查看系統(tǒng)進(jìn)程

在linux或者unix系統(tǒng)中，用ps –l/ps -al命令則會(huì)類似輸出以下幾個(gè)內(nèi)容：

• UID : 代表執(zhí)行者的身份
• PID : 代表這個(gè)進(jìn)程的代號(hào)
• PPID ：代表這個(gè)進(jìn)程是由哪個(gè)進(jìn)程發(fā)展衍生而來的，亦即父進(jìn)程的代號(hào)
• PRI ：代表這個(gè)進(jìn)程可被執(zhí)行的優(yōu)先級(jí)，其值越小越早被執(zhí)行
• NI ：代表這個(gè)進(jìn)程的nice值

??PRI和NI

Linux中由兩個(gè)整型數(shù)字決定優(yōu)先級(jí):PRI（priority）和NI（nice）

最終優(yōu)先級(jí) = 老的優(yōu)先級(jí)（PRI）+ NI（nice)

注意：

????????Linux下的老的優(yōu)先級(jí)PRI默認(rèn)值是80！而NI取值是有范圍，取值范圍是[-20,19]。也就意味著優(yōu)先級(jí)是有取值范圍的[80-21,80+19]

????????在Linux下支持進(jìn)程在運(yùn)行中進(jìn)行優(yōu)先級(jí)調(diào)整的，調(diào)整的策略就是更改nice完成的，也就是說會(huì)受到nice值影響（但是一般情況下不修改），但是大部分情況下，nice值是默認(rèn)的也就是0。

這里的PRI優(yōu)先級(jí)是80，NI值是0

??top命令更改nice

步驟1：sudo top

步驟2：進(jìn)入top后輸入r然后在輸入進(jìn)程的pid(進(jìn)入進(jìn)程)輸入要修改nice的值

myproc.c代碼：

初始NI和PRI：

用top命令進(jìn)行修改：（先輸入命令sudo top后在輸入r,在輸入進(jìn)程的PID)：

開始修改：（找到進(jìn)程編號(hào)）

看到這個(gè)界面就可以開始更改NI值了：

這里博主就不修改了，但是要注意一些細(xì)節(jié)：

調(diào)優(yōu)先級(jí)并不意味著你可以隨便調(diào)，這是操作系統(tǒng)不允許的，會(huì)導(dǎo)致調(diào)度失衡。所以有著一定的取值范圍

nice的取值范圍是[-20,19]，一共40個(gè)數(shù)字

• 需要注意的是：每次調(diào)動(dòng)優(yōu)先級(jí)時(shí)候，PID值都會(huì)從默認(rèn)值80開始，NI值從0開始，不存在累加累減情況。

??特性

• 競(jìng)爭(zhēng)性: 系統(tǒng)進(jìn)程數(shù)目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個(gè)，所以進(jìn)程之間是具有競(jìng)爭(zhēng)屬性的。為了高效完成任務(wù)，更合理競(jìng)爭(zhēng)相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級(jí)
• 獨(dú)立性: 多進(jìn)程運(yùn)行，需要獨(dú)享各種資源，多進(jìn)程運(yùn)行期間互不干擾
• 并行: 多個(gè)進(jìn)程在多個(gè)CPU下分別，同時(shí)進(jìn)行運(yùn)行，這稱之為并行
• 并發(fā): 多個(gè)進(jìn)程在一個(gè)CPU下采用進(jìn)程切換的方式，在一段時(shí)間之內(nèi)，讓多個(gè)進(jìn)程都得以推進(jìn)，稱之為并發(fā)

這里的獨(dú)立性對(duì)于父進(jìn)程和子進(jìn)程是否還是存在？yes

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        while (1)
        {
            printf("this is child process,pid: %d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
            int* p = NULL;
            *p = 100;//野指針
        }
    }
    else
    {
        while (1)
        {
            printf("this is parent process,pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

子進(jìn)程崩潰并沒有影響父進(jìn)程。

??進(jìn)程切換

• 1.并發(fā)

• 多進(jìn)程在同一CPU下通過采用進(jìn)程不斷切換的方式讓一個(gè)單CPU計(jì)算機(jī)在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)同時(shí)讓多個(gè)進(jìn)程代碼同時(shí)推進(jìn)的現(xiàn)象稱為并發(fā)

• 采用進(jìn)程切換的方式在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)不同的進(jìn)程都可以把代碼跑起來，同時(shí)推進(jìn)

• 2.進(jìn)程如何切換

• 一個(gè)CPU里面存在一套硬件寄存器，宏觀上寄存器分為用戶可見，用戶不可見
• 計(jì)算機(jī)調(diào)度某個(gè)進(jìn)程時(shí)，CPU會(huì)把這個(gè)進(jìn)程的PCB地址加載到某個(gè)寄存器，也就是說，CPU內(nèi)有寄存器可以只找到進(jìn)程的PCB地址
• CPU里有一個(gè)eip寄存器（PC指針），指向當(dāng)前執(zhí)行指令的下一條指令的地址。

而進(jìn)程運(yùn)行的時(shí)候一定會(huì)產(chǎn)生很多的臨時(shí)數(shù)據(jù)，但這些臨時(shí)數(shù)據(jù)只屬于當(dāng)前進(jìn)程，雖然CPU內(nèi)部只有一套寄存器硬件，但是寄存器保存的數(shù)據(jù)只屬于當(dāng)前進(jìn)程，也就是說，寄存器硬件不是寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，這是兩碼事，寄存器被所有進(jìn)程共享，但是寄存器里的數(shù)據(jù)時(shí)每個(gè)進(jìn)程各自私有的。

時(shí)間片引出：

• 進(jìn)程在運(yùn)行的時(shí)候占有CPU，但是卻不是一直占有到進(jìn)程結(jié)束，進(jìn)程都有自己的時(shí)間片！因?yàn)闀r(shí)間片的存在，進(jìn)程會(huì)出現(xiàn)沒有被執(zhí)行完就被拿下去的情況，這時(shí)候問題來了：這個(gè)進(jìn)程下一次如何在次回到CPU繼續(xù)運(yùn)行：
• 進(jìn)程切換的時(shí)候，需要先進(jìn)行上下文保護(hù)，這里的上下文指的是CPU里的寄存器的數(shù)據(jù)，而不是寄存器，這里簡單理解為臨時(shí)數(shù)據(jù)保存至PCB里，而當(dāng)進(jìn)程恢復(fù)運(yùn)行的時(shí)候，要進(jìn)行上下文的恢復(fù)，該進(jìn)程在次回到CPU繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，重新加載恢復(fù)這些數(shù)據(jù)。

???結(jié)束語

? ? ? ?今天內(nèi)容就到這里啦，時(shí)間過得很快，大家沉下心來好好學(xué)習(xí)，會(huì)有一定的收獲的，大家多多堅(jiān)持，嘻嘻，成功路上注定孤獨(dú)，因?yàn)閳?jiān)持的人不多。那請(qǐng)大家舉起自己的小手給博主一鍵三連，有你們的支持是我最大的動(dòng)力??????，回見。

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-763711.html

到了這里，關(guān)于【Linux】進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程優(yōu)先級(jí)和進(jìn)程切換的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！