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1 引言

2 操作系统的资源分配

3进程状态

3.1运行状态

3.2 阻塞状态

3.3挂起状态

4.进程状态详解

4.1 运行状态R

4.2 休眠状态S

4.3深度睡眠状态D

4.4僵尸状态Z

5 孤儿进程

6 进程优先级

其他概念

1 引言

🌻在前面的文章中，我们已经介绍了进程的概念，和如何取获取进程相关的属性及进程相关性的信息，以及如何去创建一个子进程。可是我们知道，系统中的内存资源是非常宝贵的，且系统中存在着大量的进程，对于这些进程，系统需要给其分配所需要的资源，对于如今的单核或者多核的计算机，想象一下，如果大量的进程同时需要进行处理，那么会产生什么样子的后果呢？

所以为了整个操作系统的稳定和效率，操作系统会对进程进行调度、管理，于是就需要对进程状态进行分类，操作系统需要知道哪些进程是可运行的，以便将它们分配给可用的CPU核心；哪些进程是睡眠的，这样可以将他们的内存页面换出到磁盘，释放内存资源等。

2 操作系统的资源分配

为了理解进程状态的概念，我们需要先理解一些操作系统进行资源分配的概念。

根据冯诺依曼体系结构，操作系统的设计就是向下为了与硬件交互，管理所有的软硬件资源，向上为用户提供一个良好的执行环境。那操作系统是怎么管理所有的硬件资源的呢？类似对进程的管理，操作系统会为每一个硬件维护了一个数据结构，用来存储他们的属性及相关信息。
而在描述每一个硬件的结构体中，一般都会存在一个用于给进程分配资源的等待队列。
当进程在执行中需要访问硬件设备时，即需要占用硬件设备资源的时候，操作系统就会将CPU队列中该进程的PCB拿出来放在该硬件的分配资源的等待队列中。
在硬件的分配资源等待的队列中，总是遵循先进先出的规则，硬件会给每一个在队列中排到队的进程分配资源，并不是只要在这个队列中就立即分配资源。
多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发

3进程状态

🌸在正式介绍进程状态之前，我们先说几个概念以助于理解进程状态：

一个CPU一个运行队列
让进程入队列的本质就是将该进程的task_struct结构体对象放入队列中
进程不止会等待（占用）CPU资源，也可能随时随地需要外设资源
所谓的进程的不同的状态，本质上是进程在不同的队列中等待资源

3.1运行状态

进程的运行状态并不是进程正在运行就叫运行状态，而是系统将进程的PCB放到CPU的分配资源的队列中等待运行的状态叫做运行态，无论进程是在排队还是在占用CPU资源。

3.2 阻塞状态

正在执行的进程由于发生某事件（如外设请求）暂时无法继续执行，此时引起进程调度，操作系统会把需要与外设进行交互的进程拿出来与外设进行交互，把另一个进程放进cpu运行队列中，一般将这种状态称为阻塞状态。

3.3挂起状态

进程=PCB(内核数据结构)+磁盘中的代码
当一个程序运行的时候，程序的代码和数据会被加载到内存中，会占用内存的资源。对于系统中的一些短时间内不会被调度或者处于阻塞状态的进程，这些代码短时间内不会被运行起来，但是这些进程的代码和数据仍然在内存中，当内存空间不够时，操作系统会将这类进程暂时调离出内存，也就是将这类进程的程序和代码数据从内存中拿出来，放到指定的磁盘空间中，而将进程的PCB留在内存中。这样的操作称为进程的挂起。当之后条件允许的时候，这些代码和数据会被操作系统再次调回内存。

🌻挂起状态和阻塞状态的比较

相同点：1）. 进程都暂停运行

2）. 进程都释放CPU，即两个过程都会涉及到上下文的切换

不同点： 1）. 对系统资源的占用：虽然都释放了CPU，但阻塞的进程仍处于内存中，而挂起的进程的代码和数据都已经被放入了磁盘。

4.进程状态详解

上述状态是在宏观操作系统的层面上叙说状态，不同操作系统会有不同说法，接下来我们将演示一下Linux 操作系统的进程状态以及具体演示。如下是Linux 操作系统的不同状态。

4.1 运行状态R

我们写一个myprocess.c 的程序，其中是个循环，一直执行下去。

通过命令 ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess 命令我们可以看到当前进程状态。

通过上图我们能看到 STAT：R+ 即状态是运行状态。（关于+后续说明）

4.2 休眠状态S

我们对myprocess.c 的程序进行改写，其中也是个死循环，一直执行下去，唯一不同的是我们进行了打印。

通过命令 ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess 看到当前进程状态。

我们发现当前状态STAT: S+，程序一直运行下去，不停的输出a的值为：4，进程的状态不应该是R+吗？

✍当cpu 运行myprocess 程序时速度是极快的，但是这里我们使用了printf()函数，即把数据打印在显示器上，所以这个进程需要与显示器进行交互，而与显示器交互的时间相比于cpu运行时间要长很多，所以此时操作系统会把myprocess这个进程从cpu的运行队列中拿出，去与外设显示器交互，然后再放到cpu运行队列中运行，所以说虽然这个进程一直在运行，但大多数时间都在与外设交互所以进程的状态是S状态。

4.3深度睡眠状态D

深度睡眠状态是不可中断的状态，是阻塞状态的一种，disk sleeping，说明该睡眠状态是跟dis（磁盘有关），指的是进程在等待磁盘资源时的阻塞状态。为什么有了睡眠状态S还要有一个深度睡眠状态D呢？以及为什么深度睡眠状态要是不可中断的状态。

☻当我们需要输入一个很大的用户信息文件时候，需要向磁盘中传输数据，此时这个进程会在内存中与磁盘进行长时间的交互，即阻塞状态，当操作系统的内存空间不足的时候会进行挂起状态，但所挂起状态仍然内存资源不足的时候，系统会把这块内存释放掉，那么此时用户信息就会丢失，所以Linux操作系统有个深度休眠状态D，即不可中断状态。

4.4僵尸状态Z

Linux系统中的 X 状态，就是概念中的死亡状态，上面已经提到过当进程不会被调度、不会运行时，就会进入终止状态，此时该进程就等着被系统释放了。但是在Linux中，当进程不会再调度、不会再运行时，不会立马进入X状态，而是先进入Z（僵尸状态），此进程被称为僵尸进程Z

僵尸进程 Z的感性认识：进程被创建出来------->完成任务----------->要知道它完成的如何，可以不关心结果（进程退出的时候，不能立即被释放进程对应的资源，而是保存一段时间，让父进程或os来进行读取）------------------>进程进入死亡状态X被系统回收。

这里我们创建了一个子进程，子进程在5秒之后退出程序，但是父进程仍然会执行while循环，也就是说这个程序并没有终止，所以尽管子进程退出了但是因为这个程序还在运行，操作系统并没有对其释放，所以子进程将会是僵尸状态。

从上图我们可以看出刚开始子进程的状态是S+，即与显示器进行交互，后面子进程退出，但父进程还在执行，所以操作系统还没有对其回收，此时子进程的状态就为僵尸进程Z。

当我们终止进程的时候再进行查看状态的时候已经查不到了，因为进程被系统释放掉了

僵尸进程的危害：

进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于Z状态。
维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护。那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，就会造成内存资源的浪费。因为数据结构对象本身就要占用内存
僵尸进程一直不被释放将会造成内存泄漏。

5 孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？
父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”
孤儿进程被1号init进程领养，1号init进程回收（1号int进程不是别的就是bash）.

我们写个程序演示孤儿进程

我们能够看到父进程PID为18214

这一步我们把父进程18214 kill掉，明显能够看出子进程18215的父进程变成1而 1就是bash.,并且我们可以看到此时子进程被1进行收养之后，状态变成S，没有了+，这里的“+”表示是前台运行的意思，当子进程被1号领养之后，其状态就变为了后台运行。

☻此时子进程被1号进程领养之后，变成后台进程，用Ctrl + x并不能退出进程了，只能用kill + PID 杀死进程。

小结：

这种现象一定存在
子进程会被操作系统领养
为什么要这样做，如果不领养，那么子进程退出时，对于的僵尸，便没有人回收了。
被领养的进程-------------->孤儿进程
如果前台进程创建的子进程变成孤儿了，会自动变成后台进程。

6 进程优先级

进程优先级是什么？为什么需要有进程优先级？

进程优先级也是进程的一种属性，同样被包含在task_struct结构体中，其代表了CPU资源分配的先后顺序，优先权高的进程拥有优先执行的权利。

我们系统的资源是非常有限的，当出现大量的进程时，面对少量资源就不可避免地出现资源竞争的情况，类似现实生活中，如果系统不干预这种情况，任由进程自己竞争，则会出现部分进程执行不了自己的任务的情况，所以系统需要确定一个优先级，配置进程优先权对多任务环境的Linux很有用。