参考：什么是状态机？用C语言实现进程5状态模型
参考：设计模式：一目了然的状态机图
案例：状态模式(C语言实现)——MP3播放、暂停案例

STM32按键消抖——入门状态机思维（常用的switch-case形式，实现状态机的状态跳转过程）

STM32按键状态机2——状态简化与增加长按功能

前言

状态机在实际工作开发中应用非常广泛，在刚进入公司的时候，根据公司产品做流程图的时候，发现自己经常会漏了这样或那样的状态，导致整体流程会有问题，后来知道了状态机这样的东西，发现用这幅图就可以很清晰的表达整个状态的流转。

很多协议(例如网络协议)的开发都必须用到状态机；一个健壮的状态机可以让你的程序，不论发生何种突发事件都不会突然进入一个不可预知的程序分支。

什么是状态机

定义

状态机是有限状态自动机的简称，是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

先来解释什么是“状态”（ State ）。现实事物是有不同状态的，例如一个LED等，就有亮和灭两种状态。我们通常所说的状态机是有限状态机，也就是被描述的事物的状态的数量是有限个，例如LED灯的状态就是两个亮和灭。

状态机，也就是 State Machine ，不是指一台实际机器，而是指一个数学模型。说白了，一般就是指一张状态转换图。

举例

以物理课学的灯泡图为例，就是一个最基本的小型状态机

可以画出以下的状态机图

这里就是两个状态：①灯泡亮，②灯泡灭
如果打开开关，那么状态就会切换为 灯泡亮 。灯泡亮 状态下如果关闭开关，状态就会切换为灯泡灭。

状态机的全称是有限状态自动机，自动两个字也是包含重要含义的。给定一个状态机，同时给定它的当前状态以及输入，那么输出状态时可以明确的运算出来的。例如对于灯泡，给定初始状态灯泡灭 ，给定输入“打开开关”，那么下一个状态时可以运算出来的。

四大概念(状态、事件、动作、变换)

下面来给出状态机的四大概念。

• State，状态。一个状态机至少要包含两个状态。例如上面灯泡的例子，有灯泡亮和灯泡灭两个状态。

• Event，事件。事件就是执行某个操作的触发条件或者口令。对于灯泡，“打开开关”就是一个事件。

• Action，动作。事件发生以后要执行动作。例如事件是“打开开关”，动作是“开灯”。编程的时候，一个 Action一般就对应一个函数。

• Transition，变换。也就是从一个状态变化为另一个状态。例如“开灯过程”就是一个变换。

状态机图怎么画

基本元素

当你需要描述一个对象或系统的行为状态时，相比于直接的语言描述，更推荐使用状态机表或状态机图的形式。

首先我们看一下基本元素：

状态机图

做需求时，需要了解以下六种元素：起始、终止、现态、次态（目标状态）、动作、条件，我们就可以完成一个状态机图了：

①现态：是指当前所处的状态。

②条件：又称为“事件”，当一个条件被满足，将会触发一个动作，或者执行一次状态的迁移。

③动作：条件满足后执行的动作。动作执行完毕后，可以迁移到新的状态，也可以仍旧保持原状态。动作不是必需的，当条件满足后，也可以不执行任何动作，直接迁移到新状态。

④次态：条件满足后要迁往的新状态。“次态”是相对于“现态”而言的，“次态”一旦被激活，就转变成新的“现态”了。

注意事项

1、避免把某个“程序动作”当作是一种“状态”来处理。那么如何区分“动作”和“状态”？“动作”是不稳定的，即使没有条件的触发，“动作”一旦执行完毕就结束了；而“状态”是相对稳定的，如果没有外部条件的触发，一个状态会一直持续下去。

2、状态划分时漏掉一些状态，导致跳转逻辑不完整。所以在设计状态机时，我们需要反复的查看设计的状态图或者状态表，最终达到一种牢不可破的设计方案。

我们看下面这张状态机图，展示了一张简单的单审批人文件的状态流转情况。

状态机表

那么如何把他写成状态机表呢？这里有多种写法，区别于纵坐标的不同，我们举两种：

左侧的纵坐标为初始状态，横坐标为终止状态。

右侧的纵坐标为动作条件，横坐标为终止状态。

那么对于动作比较多且复杂的情况下，可以考虑采用右侧的表格，这样会比较一目了然。

状态机图经常应用在程序的设计过程中，使用清晰明了的状态机图设计代码逻辑架构，再使用编程语言去实现。当然也可以画一个状态机图来展示某岗位的工作：

在另一篇博文中，将介绍使用C语言来实现状态机的设计。
C语言状态机模块实现_智小星的博客-CSDN博客_c语言状态机

进程5状态模型

进程管理是Linux五大子系统之一，非常重要，实际实现起来非常复杂，我们来看下进程是如何切换状态的。

下图是进程的5状态模型：

关于该图简单介绍如下：

• 可运行态：当进程正在被CPU执行，或已经准备就绪随时可由调度程序执行，则称该进程为处于运行状态（running）。进程可以在内核态运行，也可以在用户态运行。当系统资源已经可用时，进程就被唤醒而进入准备运行状态，该状态称为就绪态。
• 浅度睡眠态（可中断）：进程正在睡眠（被阻塞），等待资源到来是唤醒，也可以通过其他进程信号或时钟中断唤醒，进入运行队列。
• 深度睡眠态(不可中断)：其和浅度睡眠基本类似，但有一点就是不可由其他进程信号或时钟中断唤醒。只有被使用wake_up()函数明确唤醒时才能转换到可运行的就绪状态。
• 暂停状态：当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。
• 僵死状态：当进程已停止运行，但其父进程还没有询问其状态时，未释放PCB，则称该进程处于僵死状态。
  进程的状态就是按照这个状态图进行切换的。

该状态流程有点复杂，因为我们目标只是实现一个简单的状态机，所以我们简化一下该状态机如下：

要想实现状态机，首先将该状态机转换成下面的状态迁移表。

简要说明如下：
假设当前进程处于running状态下，那么只有schedule事件发生之后，该进程才会产生状态的迁移，迁移到owencpu状态下，如果在此状态下发生了其他的事件，比如wake、wait_event都不会导致状态的迁移。

如上图所示：

• 每一列表示一个状态，每一行对应一个事件。
• 该表是实现状态机的最核心的一个图，请读者详细对比该表和状态迁移图的的关系。
• 实际场景中，进程的切换会远比这个图复杂，好在众多大神都帮我们解决了这些复杂的问题，我们只需要站在巨人的肩膀上就可以了。

实现

根据状态迁移表，定义该状态机的状态如下：

typedef enum { //上图 5 列sta_origin=0,sta_running,sta_owencpu,sta_sleep_int,sta_sleep_unint
}State;

发生的事件如下：

typedef enum{ //上图 6 行evt_fork=0,evt_sched,evt_wait,evt_wait_unint,evt_wake_up,evt_wake, 
}EventID;

不论是状态还是事件都可以根据实际情况增加调整。

定义一个结构体用来表示当前状态转换信息，即状态迁移表：

typedef struct {State curState; //当前状态EventID eventId;//事件IDState nextState;//下个状态CallBack action;//回调函数，事件发生后，调用对应的回调函数
}StateTransform ; 

事件回调函数：
实际应用中不同的事件发生需要执行不同的action，就需要定义不同的函数，
为方便起见，本例所有的事件都统一使用同一个回调函数。

功能：
打印事件发生后进程的前后状态，如果状态发生了变化，就调用对应的回调函数。

void action_callback(void *arg)
{StateTransform *statTran = (StateTransform *)arg;if(statename[statTran->curState] == statename[statTran->nextState]){printf("invalid event,state not change\n");}else{printf("call back state from %s --> %s\n",statename[statTran->curState],statename[statTran->nextState]);}
}

为各个状态定义状态迁移表数组：

/*origin*/    
StateTransform stateTran_0[]={状态     事件             状态{sta_origin,evt_fork,        sta_running,action_callback},{sta_origin,evt_sched,       sta_origin,NULL},{sta_origin,evt_wait,        sta_origin,NULL},{sta_origin,evt_wait_unint,  sta_origin,NULL},{sta_origin,evt_wake_up,     sta_origin,NULL},{sta_origin,evt_wake,        sta_origin,NULL},
}; /*running*/
StateTransform stateTran_1[]={{sta_running,evt_fork,        sta_running,NULL},{sta_running,evt_sched,       sta_owencpu,action_callback},{sta_running,evt_wait,        sta_running,NULL},{sta_running,evt_wait_unint,  sta_running,NULL},{sta_running,evt_wake_up,     sta_running,NULL},{sta_running,evt_wake,        sta_running,NULL},
}; 
/*owencpu*/
StateTransform stateTran_2[]={{sta_owencpu,evt_fork,        sta_owencpu,NULL},{sta_owencpu,evt_sched,       sta_owencpu,NULL},{sta_owencpu,evt_wait,        sta_sleep_int,action_callback},{sta_owencpu,evt_wait_unint,  sta_sleep_unint,action_callback},{sta_owencpu,evt_wake_up,     sta_owencpu,NULL},{sta_owencpu,evt_wake,        sta_owencpu,NULL},
}; /*sleep_int*/
StateTransform stateTran_3[]={{sta_sleep_int,evt_fork,        sta_sleep_int,NULL},{sta_sleep_int,evt_sched,       sta_sleep_int,NULL},{sta_sleep_int,evt_wait,        sta_sleep_int,NULL},{sta_sleep_int,evt_wait_unint,  sta_sleep_int,NULL},{sta_sleep_int,evt_wake_up,     sta_sleep_int,NULL},{sta_sleep_int,evt_wake,        sta_running,action_callback},
}; 
/*sleep_unint*/
StateTransform stateTran_4[]={{sta_sleep_unint,evt_fork,        sta_sleep_unint,NULL},{sta_sleep_unint,evt_sched,       sta_sleep_unint,NULL},{sta_sleep_unint,evt_wait,        sta_sleep_unint,NULL},{sta_sleep_unint,evt_wait_unint,  sta_sleep_unint,NULL},{sta_sleep_unint,evt_wake_up,     sta_running,action_callback},{sta_sleep_unint,evt_wake,        sta_sleep_unint,NULL},
}; 

实现event发生函数：

void event_happen(unsigned int event)
功能：
根据发生的event以及当前的进程state，找到对应的StateTransform 结构体，并调用do_action()

void do_action(StateTransform *statTran)
功能：
根据结构体变量StateTransform，实现状态迁移，并调用对应的回调函数。

#define STATETRANS(n)  (stateTran_##n)void do_action(StateTransform *statTran)
{if(NULL == statTran){perror("statTran is NULL\n");return;}//状态迁移globalState = statTran->nextState;if(statTran->action != NULL){//调用回调函数statTran->action((void*)statTran);}else{printf("invalid event,state not change\n");}
}
void event_happen(unsigned int event)
{switch(globalState){case sta_origin:do_action(&STATETRANS(0)[event]);break;case sta_running:do_action(&STATETRANS(1)[event]);break;case sta_owencpu:do_action(&STATETRANS(2)[event]);	break;case sta_sleep_int:do_action(&STATETRANS(3)[event]);	break;case sta_sleep_unint:do_action(&STATETRANS(4)[event]);	break;default:printf("state is invalid\n");break;}
}

测试程序：
功能：

初始化状态机的初始状态为sta_origin；
创建子线程，每隔一秒钟显示当前进程状态；
事件发生顺序为：evt_fork–>evt_sched–>evt_sched–>evt_wait–>evt_wake。
读者可以跟自己的需要，修改事件发生顺序，观察状态的变化。

main.c

/*显示当前状态*/
void *show_stat(void *arg)
{int len;char buf[64]={0};while(1){sleep(1);printf("cur stat:%s\n",statename[globalState]);}	
}
void main(void)
{init_machine();//创建子线程，子线程主要用于显示当前状态pthread_create(&pid, NULL,show_stat, NULL);sleep(5);event_happen(evt_fork);sleep(5);event_happen(evt_sched);sleep(5);event_happen(evt_sched);sleep(5);event_happen(evt_wait);sleep(5);event_happen(evt_wake);
}

运行结果：

由结果可知前后发生的事件分别为：

evt_fork-->evt_sched-->evt_sched-->evt_wait-->evt_wake

该事件发生序列对应的状态迁移顺序为：

origen-->running-->owencpu-->owencpu-->sleep_int-->running

完整代码请关注公众号：一口Linux，回复statmachine