进程及进程状态

1.PCB及task_struct

进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。

书上称之为 PCB （ process control block ）， Linux 操作系统下的 PCB 是 : task_struct。

task_struct是PCB的一种。

task_struct和PCB之间的关系，打个比方：

就如同王婆和媒婆一样，王婆是媒婆的一种，媒婆是对各种说媒的婆的统称。

在Linux中，描述进程信息的进程控制块，就叫做task_struct.

task_struct 里的内容分类：

标示符 : 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。

状态 : 任务状态，退出代码，退出信号等。

优先级 : 相对于其他进程的优先级。

程序计数器 : 程序中即将被执行的下一条指令的地址。

内存指针 : 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针

上下文数据 : 进程执行时处理器的寄存器中的数据 [ 休学例子，要加图 CPU ，寄存器 ] 。

I ／ O 状态信息 : 包括显示的 I/O 请求 , 分配给进程的 I ／ O 设备和被进程使用的文件列表。

记账信息 : 可能包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，记账号等。

其他信息

如何理解进程

进程=对应的代码和数据+对应的task_struct结构

1.如何查看进程

进程的信息可以通过 /proc 系统文件夹查看

大多数进程信息同样可以使用top和ps这些用户级工具来获取

TOP命令:

PS命令：

PID和PPID可通过系统调用来获取

可通过fork来创建子进程

fork的使用：（一般要进行if分流）

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int main()
{int ret = fork();if(ret < 0){perror("fork");return 1;}else if(ret == 0){ //childprintf("I am child : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}else{ //fatherprintf("I am father : %d!, ret: %d\n", getpid(), ret);}sleep(1);return 0;
}

2.进程状态

我个人对进程状态的理解：

运行：task_struct 结构体在运行队列中排队

阻塞：等待非CPU资源就绪

挂起：当内存不足的时候，OS通过适当地调整进程的代码和数据到磁盘，此时进程被OS展示转移到磁盘时的状态，就是挂起状态

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

Z僵尸状态(zombie)

认识进程状态

上面的STAT列就是进程状态，R代表它是运行进程，R后面的+号代表它是前台进程

观察不难看出来，上面./myproc进程的状态变成了R，没有了+号，此时它是变成了后台进程。

如何理解Z僵尸状态(zombie)

当父进程通过fork来创建子进程后，当子进程退出后，但是还没有被父进程读取，此时子进程就是僵尸进程。

下面通过代码来进程实验：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>int main()
{pid_t id = fork();if (id < 0){perror("fork");return 1;}else if (id > 0){ // parentprintf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());sleep(30);}else{printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());sleep(5);exit(1);}return 0;
}

结果为：（通过while :; do ps aux | head -1 && ps aux | grep myproc; sleep 1; echo "###########################" ;done;来查看）

僵尸进程的危害

资源占用：虽然僵尸进程本身不占用CPU时间，并且它们所占用的内存是微乎其微的，但是它们会保持进程ID。由于Linux系统对进程数有严格的限制，当僵尸进程数量达到一定数目时，会导致系统中无法再产生新的进程，因为新的进程无法使用已经被僵尸进程占用的进程ID。
系统性能影响：如果系统中存在大量的僵尸进程，会占用一部分系统资源，这可能会影响到服务器的性能，尤其是在高并发或资源密集型的应用场景中。
系统稳定性问题：僵尸进程的存在可能引发一些潜在的系统稳定性问题。例如，如果父进程因为某种原因（如崩溃或挂起）未能正确清理其僵尸子进程，这些僵尸进程可能会在系统中长时间存在，对系统稳定性构成威胁。

如何避免僵尸进程的产生

父进程应该通过调用wait或waitpid等函数来等待子进程的结束，并获取其退出状态信息。这样，子进程在退出后，其相关资源可以被系统及时释放，避免形成僵尸进程。同时，对于可能产生大量子进程的应用，也需要注意合理管理子进程的生命周期，避免因为子进程管理不当而导致僵尸进程的产生。

如何理解孤儿进程

当父进程通过fork来创建子进程后，但是父进程先于子进程退出，此时子进程就是孤儿进程，不过此时该进程会被1号 init 进程所领养。

下面通过代码来进程实验：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>int main()
{pid_t id = fork();if (id < 0){perror("fork");return 1;}else if (id == 0){ // childprintf("I am child, pid : %d\n", getpid());sleep(10);}else{ // parentprintf("I am parent, pid: %d\n", getpid());sleep(3);exit(0);}return 0;
}

结果为：通过（ while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myproc; sleep 1; echo "###########################" ;done;）来查看