【Linux】进程理解与学习（Ⅱ）

环境：centos7.6，腾讯云服务器 Linux文章都放在了专栏：【 Linux 】 🌹undefined 相关文章推荐： 【Linux】冯.诺依曼体系结构与操作系统 【Linux】进程理解与学习（Ⅰ） 浅谈Linux下的shell--BASH

前言

章节介绍

在前文中我们已经了解了进程的相关概念，明白了 OS管理进程实际上就是对进程对应的task_struct/pcb做相关操作，但是实际上系统中存在的进程有很多，我们可以输入指令 ps -lA 来 查看当前系统下的所有进程。而OS为了更高效的对进程进行管理，不会对每个进程都面面俱到，而是会将进程分为 不同的状态（ 这就好像OS为了更好的管理内存，会将内存划分为不同的分区，每个分区存放各自对应的数据类型，比如栈区存放一些局部变量、静态区存放全局变量等）从而来进行 更好的管理。

本次章节目标就是对进程的不同状态做相关介绍与深入了解。

ps -lA查看系统下的所有进程（部分）

阻塞与挂起

阻塞

在了解进程状态之前，我们先来谈一谈阻塞与挂起的两个概念。所谓阻塞，就是指进程因为等待某种资源就绪，而导致的一种不推进状态。也就是我们常说的卡住了。

🔺这里简单举个例子

• 就好比我们在下载一些东西时假如突然断网，那我们的下载是不是就停住了，然后等网络资源恢复后，才可以继续进行下载。而这个停住的过程，就是阻塞。实际上本质来说就是pcb此时本应被cpu调度，执行下载，但是因为网络资源突然断开，此时pcb就会到网络资源对应的pcb队列中排队等待，等到网络资源就绪，并且排到它时，它才会继续回到运行队列排队，然后等待被cpu调度，继续下载。

分析图

当然，为了更直观的看到这种现象，我们可以看下面这张图

分析图2

挂起

• 挂起本质也是一种特殊的阻塞，挂起是一种什么情况呢？我们前文已经了解了，进程=内核数据结构（pcb）+进程的代码与数据。而挂起实际上是指：该进程的pcb没有被cpu调度，然后占用了内存空间，此时OS会将该进程的数据与代码放到磁盘中暂存，等pcb被调度时，再将代码和数据预加载到内存。

★简单总结

• 进程的pcb可以被维护在不同的队列
• 阻塞：进程因为等待某种资源，而导致的不推进状态（pcb会到某种资源的等待队列下排队，等资源就绪时再被维护到运行队列，等待调度）
• cpu的调度一般是一种线性调度（当然也存在因为进程优先级而导致的插队情况，后面会讲）
• 挂起是一种特殊的阻塞，pcb不被cpu调度，os会将数据与代码暂存在磁盘，等pcb进入运行队列等待调度时，再将数据与代码预加载到内存。

进程状态

我们可以查看内核中的源码，来看看进程的各种状态

/*
* 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 */
};

运行状态（R）

R表示该进程处于一种运行状态，不过这里需要注意的是，R状态表示的运行是指只要进程的pcb在运行队列下，都是R，并不是说一定是指在cpu上运行。

我们看一下以下代码：

 #include<stdio.h>
 int main()
 {
   while(1)
   {
     printf("hello world,pid:%d\n",getpid());                                                                                                                    
   }                                                                           
   return 0;                                                                   
 } 

运行结果与疑惑

S表示的是可中断休眠状态，为什么不是R状态呢？实际上确实如我们所说，我们的程序一直在运行，但是，cpu调度的速度实在是太快了，我们很难捕捉到，并且pcb相对于被cpu的调度时间，其余99%的时间都用在了在外设（显示器）的等待队列中排队了。所以，我们可以看到程序在不断打印数据在显示器，但是却捕捉不到cpu调度pcb并执行的那一刻。

不过我们假如将外设这个干扰给屏蔽了，如下：

#include<stdio.h>
 
 int main()
 {
   while(1)
   {}
   return 0;
 } 

小总结一下

• 只要处在运行队列下，就是R状态（所以我们有时可能会发现多个进程处于R状态，也不足为奇，这不是指它们同时被调度，而是指它们都处在运行队列，等待被cpu调度）

可中断休眠状态（S）

正如上面的图片所示，我们看到S状态是因为程序的pcb99%的时间都在外设的等待队列下排队，而被cpu调度的那一刻我们捕捉不到。这里大家有没有发现，休眠状态与我们的上面讲的阻塞状态一致，阻塞就是指pcb不被cpu调度，去某个资源的队列下等待资源就绪。

事实上确实如此，S状态的本质就是阻塞。（pcb去某种资源的等待队列下排队，等待资源就绪）。至于说它是可中断休眠，是因为我们可以通过ctrl c或者kill命令来结束该进程。

• （可以这么来说： S状态就意味着进程在等待事件完成（等待资源就绪），并且这种状态是可以被我们使用指令来中断。）

可中断休眠

不可中断休眠状态（D）

所谓不可中断休眠状态，说白了就是我们不可以使用kill、ctrl c等命令将进程中断，我们只可以将电源关闭，以此来结束进程，但是这样做可能会造成数据的丢失等问题。（这种状态一般很难看到）

暂停状态（T）

暂停状态顾名思义就是让该进程暂停，我们可以通过指令kill -19 pid的指令来暂停该进程。输入指令kill -18 pid可以使该进程继续运行。

（不过需要注意的是，当恢复运行时，此时的进程就处于后台进程，我们用ctrl c结束不了，用kill指令才可以中止进程，关于前后台进程我会在后面的章节讲解。）

如下：

死亡状态（X）

• 这个状态只是一个返回状态，表示该进程已经彻底结束。我们不会在任务列表里看到这个状态。

僵尸状态（Z）

返回代码

我们每一个进程结束时都会有一个退出码，就好像我们写一个main函数时，最后都会加上return 0，return 0就表示该进程正常返回（事实上就算我们不写return 0，系统也会默认return 0），这里的0就是该进程的返回代码。

（Linux下可以通过echo $?指令来查看该进程的返回代码）

vs下编译后的返回代码

僵尸状态（Z）

僵尸状态是指一个进程结束时，它的返回代码没有被父进程读取，那么该进程会一直处于一种僵尸状态，等待父进程读取，直到父进程读取返回结果后，才彻底结束子进程。

保持僵尸状态是为了让父进程读取该进程的返回代码，而我们平常写的程序为什么结束后没有变成僵尸呢？

• 这是因为他们的父进程是bash（不理解的可以看前面的章节，有讲到bash下运行的程序的父进程都是bash），而bash有回收机制，所以我们写的程序运行结束后会被bash的回收机制回收。我们也就观察不到僵尸进程。

不过我们可以写以下代码，用fork创建子进程，来观察僵尸状态：

 #include<stdio.h>
 #include<unistd.h>
 
 int main()
 {
   //fork创建子进程
   pid_t id=fork();
   if(id == 0)
   {
     //child
     while(1)
     {
       printf("子进程：pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
       sleep(1);
     }
   }
   else
   {
     //father
     while(1)
     {
       printf("父进程，pid:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
       sleep(1);
     }
   }
   return 0;                                                                                                                
 }  

此时我们kill -9 进程pid结束子进程，观察子进程是否立马结束，还是如我们所说维持僵尸状态，等待父进程读取推出结果。通过以下运行结果可以发现，子进程并不是直接退出。

运行结果

僵尸状态的危害

如果一个进程处于Z状态，假如它的父进程一直不读取该进程的退出码，那么该进程会一直维持僵尸状态。而维护这个状态，实际上就是维护这个数据，该数据也属于进程基本信息，保存在task_struct(PCB)中，不仅 占用了内存空间（因为task_struct本身是一个结构体，结构体都会有自己的大小），并且 维护pcb也是有一定的代价的。

★简单总结一下

• R状态是指该进程的pcb处在运行队列，而不是一定要在cpu上运行
• pcb被cpu调度运行的时间，远远远远快于pcb在资源的等待队列下等待资源就绪的时间
• S与D的区别在于是否可以通过kill或者ctrl c来人为中止进程，但两者本质都是阻塞
• kill -19 PID 暂停进程，kill -18 PID恢复进程（恢复后的进程属于后台进程，不可ctrl c中止，可以kill -9 PID中止）
• 暂停状态实际上也是阻塞（要等待你发出指令继续运行）
• 僵尸状态是指子进程退出时，退出结果没有被父进程读取，子进程就会保持僵尸状态，直到父进程读取返回结果，才彻底结束。
• bash有回收机制，所以我们写的程序运行结束后，不会变成僵尸，会被bash的回收机制回收
• 僵尸进程会占用空间资源，造成资源泄露，具有一定的危害性，具体避免方式以后再细谈

孤儿进程

我们上面讲了子进程退出时不会立马退出，而是维持僵尸状态等待父进程读取退出结果。（如果父进程是bash，则会被bash的回收机制回收，不会出现僵尸）

那么假如子进程正常运行，父进程结束呢？如下：

杀掉父进程，发现子进程的父进程变成了1号

这里我们来分析一下，为什么父进程结束后不会出现僵尸呢？

• 答：因为该父进程的父进程为bash，退出结果被bash的回收机制回收了，所以父进程没出现僵尸。

为什么该父进程的子进程被1号进程领养了呢？1号进程是什么？

1号进程实际上就是操作系统

• 答：父进程退出，子进程被操作系统领养（通过让子进程的父进程变成1号进程），此时的子进程就是孤儿进程。被领养是为了读取子进程的退出结果。（假如没有被领养的话，子进程的退出结果就不会有人能拿到，那么子进程就成了僵尸，会一直存在，造成内存泄漏。这是OS不允许的，所以会让1号进程成为子进程的父进程，从而拿到子进程的退出结果）。

生活原本沉闷，但跑起来就会有风！🌹