【linux】进程(深入理解linux进程状态)

开始之前先说一个与本文无关的小知识,chdir命令可以更改当前进程的工作目录哦。


目录

  • linux具体进程状态:
    • R && S:
    • T && t:
    • D:
    • 僵尸进程 && 孤儿进程:
  • OS的理论线:
    • 运行:
    • 阻塞:
    • 挂起:
    • 切换进程:

我们先直接谈论linux具体的进程状态

linux具体进程状态:

我们常说 进程 = 内核数据结构 + 代码与数据
那么内核数据结构中的task_struct中有一个成员变量叫做status

在这里插入图片描述
其中每个进程的PCB中都有一个status变量,用来描述当前进程的状态,
状态的定义也很简单,就如上图中的方式类似,使用宏定义,
每当创建出一个对象,就会对这个对象设置出行相应的状态。

那么我们先来看一下linux中具体有哪些状态?

"R (running)"
"S (sleeping)"
"D (disk sleep)"
"T (stopped)"
"t (tracing stop)"
"X (dead)"
"Z (zombie)"
  • 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(interruptible sleep))。

  • D磁盘休眠状态(Disk sleep)有时候也叫不可中断睡眠状态(uninterruptible sleep),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。

R && S:

我们先写一段代码观察一下。
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
我们可以使用如上命令进行查看进程对应的状态:

当我们运行上段代码,出现如下结果:
在这里插入图片描述
我们的进程不是一直在运行吗,为啥会是S状态(+号我们暂且不管,是表示前台后台运行的标志)呢,我们对代码做一下修改:
在这里插入图片描述
发现运行结果居然变为R了,这究竟是为啥呢?
在这里插入图片描述
猫腻肯定就在这句printf上,我们在冯诺依曼那篇文章中提到过:CPU的速度远远大于外设速度,我们的printf不是向屏幕打印吗,屏幕不就是外设吗,
所以CPU执行的太快了,需要对外设进行等待,也可以理解为CPU在等待资源就绪

我们于是就可以得到一个结论:

  • S就是等待“资源”就绪。

此外,S也叫做可中断睡眠,是什么意思呢?
可以被kill掉
我们了解一下kill:
在这里插入图片描述
可以看到有很多选项,我们选择-9对进程kill,
在这里插入图片描述
此时进程就被kill掉了,于是也叫做可中断睡眠。

T && t:

我们对这两种认为都是一种即可

我们对当前进程执行-19(也就是暂停进程命令)
在这里插入图片描述

话不多说,我们先用代码来看一看:
在这里插入图片描述
发现果然由S->T

那我们如何恢复?
直接使用-18命令即可。
在这里插入图片描述

那我们自己以前有没有使用过t呢?
答案是必然的,就是调试!

在这里插入图片描述
当我们使用调试时其实进程就处于状态。

D:

D是linux特有的一种状态。
我们先来了解一下理论,因为制造这个状态不是很容易,容易造成挂机,我们了解理论知识即可。

假设我们现在有一个场景,在这里插入图片描述
那么如何能解决掉这个进程呢?

  1. 等待进程自己醒来
  2. 重启、断电。

僵尸进程 && 孤儿进程:

听着就是很悲惨的名字~

接下来我们进行探究一下。

僵尸进行是进程半死不活的状态(子进程已经运行完毕,但是父进程未进行等待),这么进行描述很抽象。
我们先看来看具体的例子
代码:
在这里插入图片描述
结果:
在这里插入图片描述
发现果然进入了僵尸状态。
我们僵尸状态进程会有一份task_struct结构体(代码与数据会被释放),里面记录着自己的退出信息,而我们的父进程要读取他的退出信息,否则就会造成僵尸进程,
我们想一想,僵尸进程会维护一份内存,一直不被释放就造成了内存泄露,因此我们的父进程要进行等待(wait与waitpid)(想了解的话可以找找博主的博客)。


那么孤儿进程呢?
孤儿进程就是父进程先结束了,但是子进程还没有退出,就造成了孤儿进程。
先看代码:
在这里插入图片描述

那么她怎么办呢?会由1号进程进行领养(可以理解为OS本身),
在这里插入图片描述

OS的理论线:

我们在课本上的进程学的是理论,而linux是一个具体实现。
我们现在将这两种结合一下。

在这里插入图片描述
我们主要了解一下进程的运行,阻塞和挂起。

运行:

进程 = 内核数据结构 + 代码与数据(PCB下方蓝色的方块)
在这里插入图片描述
但这并不是linux中切实运行的调度算法,而是因为这个样例比较简单,我们使用这个作为切入点,以后博主有机会会进行讲解大O1的调度算法。

此时我们需要思考一个问题,我们的进程是一直运行到结束吗?

答案是否定的,那如果给一个程序打上死循环那岂不是整个电脑都挂掉。
因此我们是根据时间片轮转进行调度的,例如我们的时间片为20ms,如果你的程序执行完了,那就算了,但是如果没有执行完,那也要从CPU中剥离。
这里我们也要埋下一个坑,进程如何切换?

最终我们还要输出一个结论:
这就是并发。

如果是两个及更多的CPU(同时执行不同的进程),那就是并行。

阻塞:

阻塞对应我们的S,D等状态。
也就是等待资源就绪。

我们先来看一段代码:
在这里插入图片描述
毋庸置疑,当我们运行进程时,但是键盘没有输入数据,那么就会处于S状态。

我们知道,OS一款管理软硬件资源的软件,对于硬件的管理是先描述在组织。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

挂起:

挂起这个嘛比较特殊。
重装过操作系统得同学应该比较清楚,我们的磁盘中会有一块swap分区的东西,一般是内存的1.5倍左右。

当我们的内存特别紧张时会将,会将一部分进程的代码和数据放入swap分区中(如果放入的是阻塞态的进程,那么叫做阻塞挂起)。这个过程叫做唤出,需要时在将代码和数据唤入磁盘。

挂起可以和很多状态一起组合。

但需要注意,这是一种时间换空间的做法,因为来回的换出换入势必导致效率低下

但这样也让OS可以更合理的使用系统资源、
在这里插入图片描述

切换进程:

首先我们要先明确一个常识,CPU中有大量的寄存器。

当我们一个程序未执行完时,CPU中的寄存器会记录当前进程执行到哪里,然后把寄存器中的内容放回PCB中(为了便于理解),在进行下一个进行的运行。

需要注意的是,虽然寄存器这个硬件设备只有一套,但是存储的数据有多套,
有几个进程,就有几套数据,寄存器 != 寄存器内容!

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