一、進(jìn)程排隊(duì)的理解

????????進(jìn)程不是一直運(yùn)行的，進(jìn)程可能會(huì)在等待某種軟硬件資源。即使把進(jìn)程加載到CPU中，也不是一直會(huì)運(yùn)行的。而進(jìn)程排隊(duì)，一定是在等待某種軟硬件資源（可以是CPU，鍵盤(pán)，磁盤(pán)，網(wǎng)卡等等設(shè)備......），排隊(duì)時(shí)是進(jìn)程的PCB在排隊(duì)。在這里就需要引入一個(gè)概念：一個(gè)PCB可以被鏈入多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在之前的博客中也說(shuō)過(guò)，PCB其實(shí)就是描述進(jìn)程的一個(gè)很大的結(jié)構(gòu)體，在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，包含有很多其他的結(jié)構(gòu)體。比如我定義一個(gè)node結(jié)構(gòu)體

struct node
{
    struct node* prev;
    struct node* next;
}

????????該結(jié)構(gòu)體可以指向它的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可以指向它的后一個(gè)節(jié)點(diǎn)。也就是說(shuō)，進(jìn)程排隊(duì)不是我們簡(jiǎn)單地理解的是進(jìn)程的PCB去排隊(duì)，而是PCB內(nèi)部的各個(gè)結(jié)構(gòu)體通過(guò)prev指針和next指針連接起各個(gè)進(jìn)程去排隊(duì)，從而可以讓進(jìn)程在不同的隊(duì)列中進(jìn)行排隊(duì)。如下圖所示。也就是說(shuō)，當(dāng)我們要把某一個(gè)task_struct結(jié)構(gòu)體鏈入某一個(gè)隊(duì)列中時(shí)，我們不必把它從全局雙鏈表中移除，可以直接鏈入隊(duì)列中。

????????通過(guò)task_struct結(jié)構(gòu)體內(nèi)部listnode相對(duì)于task_struct結(jié)構(gòu)體首地址的地址偏移量，也可以找到task_struct結(jié)構(gòu)體開(kāi)始的地址，進(jìn)而找到task_struct結(jié)構(gòu)體。

二、進(jìn)程狀態(tài)的表述--運(yùn)行、阻塞、掛起

運(yùn)行狀態(tài)

????????所謂的狀態(tài)，本質(zhì)就是一個(gè)整形變量，是在task_struct中的一個(gè)整形變量。狀態(tài)決定了你的后續(xù)動(dòng)作。Linux中可能存在多個(gè)進(jìn)程都要根據(jù)它的狀態(tài)執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作。一個(gè)CPU都會(huì)維護(hù)一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的PCB被鏈入到CPU的運(yùn)行隊(duì)列中時(shí)，我們就稱這個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)為運(yùn)行狀態(tài)。也就是說(shuō)，并不是當(dāng)進(jìn)程在CPU上運(yùn)行的時(shí)候它才是運(yùn)行狀態(tài)，只要進(jìn)程的PCB被鏈入到CPU的運(yùn)行隊(duì)列中，我們就可以成進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)了。運(yùn)行狀態(tài)表示進(jìn)程已經(jīng)隨時(shí)準(zhǔn)備好接受CPU的調(diào)度了。

阻塞狀態(tài)

????????在操作系統(tǒng)層面上，為了管理好底層的硬件，其實(shí)操作系統(tǒng)也是把硬件都描述成一個(gè)一個(gè)的結(jié)構(gòu)體，其中在硬件的結(jié)構(gòu)體中，就有像CPU的運(yùn)行隊(duì)列一樣的等待隊(duì)列，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程比如執(zhí)行到scanf函數(shù)必須等待鍵盤(pán)資源時(shí)，操作系統(tǒng)就會(huì)將該進(jìn)程的PCB從CPU的運(yùn)行隊(duì)列中移除，將表示進(jìn)程狀態(tài)的整形變量設(shè)置為block，再將該進(jìn)程的PCB鏈入到鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)體的等待隊(duì)列中。該進(jìn)程就開(kāi)始等待鍵盤(pán)資源了，這個(gè)狀態(tài)我們就稱之為阻塞狀態(tài)。當(dāng)鍵盤(pán)讀到了用戶輸入的數(shù)據(jù)，操作系統(tǒng)再將該進(jìn)程的PCB從鍵盤(pán)的等待隊(duì)列中移除，鏈入到CPU的運(yùn)行隊(duì)列中，再改變表示進(jìn)程狀態(tài)的整形變量，從而實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程狀態(tài)的切換。上面的例子可以總結(jié)為，當(dāng)我們的進(jìn)程在等待軟硬件資源的時(shí)候，資源如果沒(méi)有就緒，我們的進(jìn)程PCB只能1、設(shè)置進(jìn)程狀態(tài)為阻塞狀態(tài)，2、將自己的PCB鏈入等待資源的等待隊(duì)列中。進(jìn)一步的我們也可以了解到，進(jìn)程狀態(tài)的變遷，引起的是進(jìn)程的PCB會(huì)被操作系統(tǒng)鏈入到不同的隊(duì)列中。

掛起狀態(tài)

阻塞掛起

?前提：計(jì)算機(jī)資源已經(jīng)比較吃緊。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程想要被CPU調(diào)度運(yùn)行時(shí)，它對(duì)應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)勢(shì)必要加載到內(nèi)存當(dāng)中?？墒侨绻@個(gè)進(jìn)程此時(shí)正處于阻塞狀態(tài)且對(duì)應(yīng)的硬件資源一時(shí)半會(huì)兒不會(huì)得到相應(yīng)，而此時(shí)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存資源又比較吃緊的情況下，操作系統(tǒng)就會(huì)將這個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)先存放到磁盤(pán)對(duì)應(yīng)的swap分區(qū)中，讓其它比較重要的進(jìn)程優(yōu)先占有內(nèi)存，這個(gè)動(dòng)作就叫做喚出動(dòng)作。等到計(jì)算機(jī)資源相對(duì)寬裕，硬件資源響應(yīng)時(shí)，再將這個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)加載到內(nèi)存中，這個(gè)動(dòng)作就叫做喚入。一旦該進(jìn)程的PCB在內(nèi)存中創(chuàng)建出來(lái)了而對(duì)應(yīng)的代碼和數(shù)據(jù)不在內(nèi)存當(dāng)中，我們就稱這個(gè)進(jìn)程為掛起狀態(tài)。

三、Linux中具體的進(jìn)程狀態(tài)

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/淺度睡眠?（interruptible sleep）），是阻塞狀態(tài)的一種。

D磁盤(pán)休眠狀態(tài)（Disk sleep）有時(shí)候也叫不可中斷睡眠狀態(tài)/深度睡眠（uninterruptible sleep）：在這個(gè)狀態(tài)的進(jìn)程通常會(huì)等待IO的結(jié)束，處于D狀態(tài)的進(jìn)程在系統(tǒng)資源吃緊的時(shí)候也不會(huì)被操作系統(tǒng)殺死，也是阻塞狀態(tài)的一種。

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，也是阻塞狀態(tài)的一種。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，進(jìn)程暫停以后就變成了后臺(tái)進(jìn)程。kill -19 進(jìn)程標(biāo)識(shí)符。kill -18?進(jìn)程標(biāo)識(shí)符：讓這個(gè)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)

?????????上面這一段程序是一段死循環(huán)，當(dāng)我把它運(yùn)行起來(lái)時(shí)，我們可以看到：

?????????當(dāng)前我這個(gè)進(jìn)程是處于睡眠狀態(tài)（S狀態(tài)）的。這是因?yàn)槲业倪@個(gè)程序中執(zhí)行了printf函數(shù)，printf函數(shù)是要訪問(wèn)外設(shè)的，要訪問(wèn)外設(shè)就不可避免的要等待外設(shè)響應(yīng)。而CPU的運(yùn)行速度是非常非常快的，也就是說(shuō)相對(duì)CPU而言，該進(jìn)程大部分時(shí)間還是在等待外設(shè)的，在等待過(guò)程中CPU就將該進(jìn)程鏈入到外設(shè)的等待隊(duì)列中，所以該進(jìn)程查到的狀態(tài)大部分都是睡眠狀態(tài)，這里的Linux操作系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)的S狀態(tài)就是上面操作系統(tǒng)層面上的阻塞狀態(tài)的一種。S后面這個(gè)+號(hào)表示該進(jìn)程是前臺(tái)進(jìn)程，沒(méi)有+號(hào)表示該進(jìn)程是后臺(tái)進(jìn)程。

僵尸狀態(tài)（Z狀態(tài)）

????????當(dāng)子進(jìn)程退出時(shí)，父進(jìn)程就必須去讀取子進(jìn)程退出時(shí)的退出狀態(tài)。如果父進(jìn)程不讀取子進(jìn)程退出時(shí)的退出狀態(tài)，子進(jìn)程的PCB就不會(huì)被系統(tǒng)釋放，子進(jìn)程就會(huì)一直處于僵尸狀態(tài)。創(chuàng)建子進(jìn)程是為了讓這個(gè)子進(jìn)程給用戶完成工作的，子進(jìn)程完成工作后必須得有結(jié)果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都保存在子進(jìn)程的PCB中。這就是為什么要有僵尸狀態(tài)的原因，是為了獲得子進(jìn)程的結(jié)果數(shù)據(jù)。如果父進(jìn)程不讀取，那么這個(gè)僵尸狀態(tài)的進(jìn)程會(huì)一直存在，會(huì)引起內(nèi)存泄漏，造成系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。

? ? ? ? 為什么我們?cè)谥暗倪M(jìn)程沒(méi)有見(jiàn)過(guò)處于Z狀態(tài)呢？那是因?yàn)橐郧?/strong>我們創(chuàng)建的進(jìn)程的父進(jìn)程都是bash，bash一瞬間會(huì)自動(dòng)讀取子進(jìn)程的退出狀態(tài)，不需要我們手動(dòng)讀取。而我們自己創(chuàng)建的子進(jìn)程需要我們自己讀取它的退出狀態(tài)。