【Linux】进程状态

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萌新的日常 2023-02-21 08:14:54 ©著作权

文章标签 centos 子进程进程状态 文章分类 C/C++ 后端开发 yyds干货盘点

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@TOC

1. 阻塞

进程因为等待某种条件就绪，而导致的一种不推进的状态

1. 举例

有时候电脑卡，是因为开启了太多软件，为什么启动太多程序会卡呢？
启动了太多的程序相当于启动了太多的进程，操作系统在用你的cpu调度时，调度不过来了，当前正在调度的在运行，没有调度的相当于卡了
阻塞就是进程卡住了

2. 为什么要阻塞？

进程要通过等待的方式，等具体的资源被别人使用完成后，再被自己使用
阻塞：进程等待某种资源就绪的过程
以硬件为例，资源可以看作磁盘、网卡、显卡等外设，比如去银行存钱，存钱申请的单子没了，直接去存，工作人员就会说因为存钱的单子没有就绪所以不能存，再去等一会，等有单子了再来存
没有继续执行存钱的行为，当前所处状态为阻塞状态

3.操作系统层面上如何理解进程等待某种资源就绪呢？

资源

操作系统对于磁盘、网卡、显卡等资源通过先描述，在组织进行管理，把设备用结构体描述起来，再用链表组织起来管理的本质具体解释点击这里

【Linux】进程状态_子进程

进程

存在大量的进程，操作系统要进行管理，也要先描述，在组织，就存在了大量的task_struct的结构体，每一个进程都是由task_struct定义出来的对象

进程组成的理解点击这里

【Linux】进程状态_进程状态_02

将dev结构体内添加一个队列指针，若进程需要在设备资源等待，则把task_struct链接到设备资源队列的尾部

4. 总结

阻塞：阻塞就是不被调度一定是因为当前进程等待某种资源就绪一定是进程task_struct结构体需要在某种操作系统管理的资源下进行排队

2.挂起

【Linux】进程状态_centos_03

当进程被CPU调度时进行下载，由于网断了，导致下载终止，从而使进程链接到网卡设备队列的尾部，造成阻塞从而使CPU调用其他进程

【Linux】进程状态_子进程_04

若系统中内存的资源特别紧张，把占有内存的并且闲置的数据和代码，交换到磁盘当中，把内存中这部分的代码和数据释放，当该进程等待的资源就绪时，再把存入磁盘的数据和代码换入内存中，并把进程放入CPU中运行
把代码和数据暂时性由操作系统交换到磁盘时，此时的进程称之为挂起状态

3.Linux进程状态

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 */
};

Linux源码当中进程所对应的状态

struct task_struct
{
int status;//0代表R状态  1代表s状态 4代表T状态
//....
}

task_struct 是一个结构体，内部会包含各种属性，就有状态，通过0、1、2等数字找到对应的进程状态

1. R状态

进程只要是R状态，就一定是在CPU运行吗？

不一定

【Linux】进程状态_centos_05

每个进程当中有自己的运行队列，只要该进程在队列中进行排队，运行的进程就会在运行的队列中排队，CPU调度进程时，从队列中挑选指定的进程运行就可以了，这种运行状态就叫做R状态
R状态不直接代表进程在运行，代表该进程在运行队列中排队

证明当前进程运行状态

生成程序

创建makefile并输入如下内容

1 mytest:test.c//nakefile
  2   gcc -o mytest test.c 
  3 .PHONY:clean 
  4 clean:
  5  rm -f mytest

创建test.c并输入如下内容

#include<stdio.h>//test.c
  2 int main()
  3 {
  4   while(1)
  5   {
  6     printf("我在运行吗\n");                                                                                                                                            
  7   }                                                                                                                         
  8   return 0;                                                                                                                 
  9 }

[yzq@VM-8-8-centos my]$ make
gcc -o mytest test.c 
[yzq@VM-8-8-centos my]$ ./mytest

make产生可执行程序mytest，./mytest执行可执行程序

查看进程

赋值SSH渠道生成终端2 在保证终端1中的mytest运行的情况下，在终端2中输入指令 ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep

创建终端的方法及指令具体含义点击这里

[yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
  PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 30533 30533 25615 pts/0    30533 S+    1002   0:00 ./mytest

发现此时进程状态为S+ (+号后面会说) S称为休眠状态，不是R状态

test.c代码修改如下

#include<stdio.h>//test.c
  2 int main()
  3 {
  4   while(1)
  5   {
  6    // printf("我在运行吗\n");                                                                                                                                        
  7   }                   
  8   return 0;           
  9 }

在保证终端1中的mytest运行的情况下，在终端2中再次输入指令ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep

[yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 31695 31695 25615 pts/0    31695 R+    1002   0:10 ./mytest

发现进程状态由S+变为R+
printf循环打印，就代表要频繁访问显示器设备，循环中的printf本质就是向外设打印消息，当CPU执行printf代码时，频繁打印外设不一定就绪，进程可能在外设中排队，等资源就绪时，再把进程放入CPU上把结果写入外设中
说明第一次查到的S状态是阻塞状态的一种，是以休眠状态进行阻塞的

2. S休眠状态——可中断休眠

本质是一种阻塞状态

修改test.c代码如下

1 #include<stdio.h>
  2 int main()
  3 {
  4   while(1)
  5   {
  6    int b=0;
  7    scanf("%d",&b);
  8    printf("%d\n",b);
  9   }                                                                                                                                                                  
 10   return 0;                                                                                                                
 11 }

./mytest运行，并输入10 10

在保证终端1中的mytest运行的情况下，在终端2中再次输入指令 ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep

[yzq@VM-8-8-centos my]$  ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615  5793  5793 25615 pts/0     5793 S+    1002   0:00 ./mytest

进程状态为S，进程没有被调度，等键盘资源即在键盘中输入数据

[yzq@VM-8-8-centos my]$ ./mytest
10
10
^C//可以被终止

在终端1中ctrl c，终止mytest运行，S状态被终止

3.D休眠状态 ——不可中断休眠

想要往磁盘写入100MB的数据，由于磁盘写入数据很慢，所以进程把自己设置成阻塞状态，若内存资源特别紧张，操作系统就想要把这个阻塞状态的进程干掉，可是此时磁盘依旧还在写入数据，这样做就会使磁盘写入数据失败，最终就会使100MB的数据丢失

若该进程的休眠状态为D状态，使操作系统无法干掉进程，就能解决这个问题

4.T状态——暂停状态

使用kill命令，向指定的进程发信号

[yzq@VM-8-8-centos my]$ kill -l
 1) SIGHUP     2) SIGINT     3) SIGQUIT     4) SIGILL     5) SIGTRAP
 6) SIGABRT     7) SIGBUS     8) SIGFPE     9) SIGKILL    10) SIGUSR1
11) SIGSEGV    12) SIGUSR2    13) SIGPIPE    14) SIGALRM    15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT    17) SIGCHLD    18) SIGCONT    19) SIGSTOP    20) SIGTSTP

9号信号SIGKILL 表示干掉进程
18号信号 SIGCONT 表示让当前进程继续运行
19号信号 SIGSTOP 表示暂停一个进程

暂停进程

test.c内容如下

1 #include<stdio.h>
#include<unistd.h>
  2 int main()
  3 {
  4   int count=0;
  5   while(1)
  6   {                                                                                                                                                                  
  7    printf("还在运行吗:%d\n",count++);
       sleep(1);
  8   }                                  
  9   return 0;
 10 }

保证在保证终端1中的mytest运行的情况下，在终端2中再次输入指令ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep ，并输入 kill-19+PID值，终端1自动停止运行

【Linux】进程状态_子进程_06

[yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 14791 14791 25615 pts/0    14791 S+    1002   0:00 ./mytest

再次在终端2中查询进程，发现进程状态由S+变为T

继续进程

若想让进程继续运行，在终端2中使用 kill -18 +PID值

【Linux】进程状态_centos_07

带加号的问题

yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 14791 14791 25615 pts/0    25615 S     1002   0:00 ./mytest

在暂停进程，又继续进程后，当前进程状态为S，不带加号了

【Linux】进程状态_centos_08

在终端1使用ctrl c，程序不停止了
进程状态带+，进程是在前台运行的，可以使用ctrl c 终止
进程状态不带+，进程是在后台运行的，可以正常执行shell指令，但在后台继续还会执行自己的代码
此时若想终止进程，使用 kill -9 +PID值 干掉进程

5. X状态(死亡状态)&&Z状态(僵尸状态)

X死亡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，所以这里这是举例时提及，但不会验证
我们创建进程，是为了进程帮我们办事，同时也关心结果，而main函数的返回值是进程的退出码

查看当前进程退出码

用于判定进程结果是否正确 echo $?

修改test.c的内容如下

include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 int main()
  4 {
  5   int count=2;
  6   if(count==2)
  7   {
  8     return 0;
  9   }
 10   else 
 11   {
 12     return 4;
 13   }                                                                            
 14 }
~

使用make生成可执行程序mytest，./mytest执行可执行程序

[yzq@VM-8-8-centos my]$ make
gcc -o mytest test.c 
[yzq@VM-8-8-centos my]$ ./mytest
[yzq@VM-8-8-centos my]$ echo $?
0

说明mytest进程的退出码是0，进程结果正确

对于Z状态的理解

如果一个进程退出了，立马X状态，立马退出，你作为父进程，有没有机会拿到退出结果呢？

linux当进程退出的时候，一般进程不会立即彻底退出，而是要维持一个状态叫做Z状态，也叫做僵尸状态
方便后续父进程读取子进程退出的退出结果

如何让我们看到僵尸状态呢？

子进程退出，但是不要回收子进程

举例

假设你在某一天看到路上有一个人躺着，你报了警，警察来了后，先封锁现场，再来人确认躺者是否死亡，法医确认这个人的死因，然后通知家属等一系列事情才能进行
被120、法医检查时，这个人所处的状态就叫僵尸状态
为了方便别人从他的残留信息中甄别他死亡的原因是什么

验证Z状态

修改test.c内容如下

#include<stdio.h>
    2 #include<unistd.h>
    3 int main()
    4 {
    5   pid_t id=fork();
    6   if(id==0)
    7   {
    8     //子进程
    9     while(1)
   10     {
   11       printf("我是子进程，我在运行，pid:%d,ppid:%d",getpid(),getppid());
   12       sleep(1);
   13     }
   14   }
   15   else if(id>0)
   16   {
   17     //父进程
   18     while(1)
   19     {
   20       printf("我是父进程，我在运行，pid:%d,ppid:%d",getpid(),getppid());
   21       sleep(1);
   22   }                                                                          
   23   }
    }

保证在保证终端1中的mytest运行的情况下，在终端2中再次输入指令ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep

[yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 18251 18251 25615 pts/0    18251 S+    1002   0:00 ./mytest
18251 18252 18251 25615 pts/0    18251 S+    1002   0:00 ./mytest
[yzq@VM-8-8-centos my]$ kill -9 18252
[yzq@VM-8-8-centos my]$ ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
25615 18251 18251 25615 pts/0    18251 S+    1002   0:00 ./mytest
18251 18252 18251 25615 pts/0    18251 Z+    1002   0:00 [mytest] <defunct>