進程狀態：Linux的幕后指揮管理，穿越操作系統進程的靜與動

文章目錄

引言：進程的生命與狀態：動與靜的交響曲
一、操作系統中的進程狀態概述
- 1.1 經典的進程狀態模型
- 1.2 進程狀態轉換圖
二、Linux操作系統中的進程狀態
- 2.1 Linux進程狀態的分類
- 2.2 各狀態的詳細解釋
2.3 Linux進程狀態表
2.4 使用ps查看進程狀態
三、進程狀態具體分析
- 🖋?運行 R
- 🖋?睡眠 S
- 🖋?休眠 D
- 🖋?暫停 T
- 🖋?死亡 X
- 🖋?僵尸 Z
- 📖孤兒進程
總結：進程狀態的舞蹈

引言：進程的生命與狀態：動與靜的交響曲

每一個進程都擁有自己的生命軌跡，它們在CPU的調度下，按照某種規律從一個狀態轉變到另一個狀態。這些狀態是進程在操作系統內存空間中的各種“存在形式”，是它們生命周期的不同表現，承載著操作系統對每個進程的管理與調度。

在Linux這個龐大而復雜的宇宙中，每個進程如同宇宙中的星辰，承載著數據流動與信息處理的重任。而它們的生命周期，卻不僅僅是簡單的“開始”與“結束”。在這無盡的天際，進程的狀態不斷變化，如同風中的細沙，或穩靜、或急躁、或急促、或安逸。今天，我們將一同探索，深入理解Linux操作系統中進程狀態的神秘面紗。

一、操作系統中的進程狀態概述

操作系統中的進程狀態是進程在生命周期中可能處于的不同狀態。這些狀態幫助操作系統識別進程的運行情況，并在不同狀態間進行合理的資源分配。

操作系統中的經典進程狀態包括就緒、運行、阻塞和終止。

1.1 經典的進程狀態模型

典型的操作系統中，進程狀態可以分為以下幾種：
在這里插入圖片描述
在這種經典模型中，進程會在不同狀態之間流轉。具體來說：

就緒 -> 運行：CPU調度器分配CPU給就緒狀態的進程。
運行 -> 阻塞：進程等待I/O或其他資源時進入阻塞狀態。
阻塞 -> 就緒：等待的條件滿足后，進程重新進入就緒隊列，等待CPU調度。
運行 -> 終止：進程執行完畢或異常終止，進入終止狀態。

1.2 進程狀態轉換圖

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該圖展示了一個經典進程狀態的轉換流程。箭頭表示進程狀態轉換的可能路徑。

二、Linux操作系統中的進程狀態

Linux操作系統在經典的進程狀態基礎上進行了一系列擴展，允許內核更細粒度地控制進程，尤其是當系統資源緊張或多任務并發性很高時。Linux內核中的進程狀態可以使用ps命令或讀取/proc文件系統來查看進程的狀態信息。

2.1 Linux進程狀態的分類

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在進程的task_struct結構體中，state字段用來表示進程的當前狀態。根據內核中的定義，不同狀態的進程會被掛載在不同的等待隊列上，以實現細粒度的調度與控制。

而在我們 Linux 中，新建、就緒、運行都可以看作運行 R 這一個狀態，所以比較清晰

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2.2 各狀態的詳細解釋

TASK_RUNNING：進程正在運行或準備運行。它可以被調度器分配到CPU執行。TASK_RUNNING的進程始終是就緒隊列的一部分。
TASK_INTERRUPTIBLE：進程處于可中斷等待狀態，等待某一條件滿足。進程在此狀態下可以被信號喚醒。（關于信號的知識我們在后面會講）
TASK_UNINTERRUPTIBLE：進程處于不可中斷的等待狀態。這通常用于等待特定資源（例如設備I/O操作完成）。進程在此狀態下不會被信號打斷，即便外部發送信號也不會響應。
TASK_STOPPED：進程被暫停，通常是由于接收到SIGSTOP信號或調試器干預，等待繼續或恢復信號。
TASK_TRACED：進程被調試工具（如gdb）跟蹤和控制。此狀態下的進程會暫停，直到調試器進一步控制。
EXIT_DEAD：進程終止后進入清理階段，等待系統回收資源
EXIT_ZOMBIE：進程已結束，系統未回收其資源。僵尸進程會保留在系統中，直到其父進程調用wait()系統調用收集它的退出狀態。
TASK_DEAD：表示進程已徹底結束，系統已回收其所有資源。

2.3 Linux進程狀態表

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2.4 使用ps查看進程狀態

在Linux系統中，可以通過ps命令查看進程的狀態：

ps -aux

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ps命令會顯示每個進程的詳細信息，其中狀態列標記著每個進程的狀態。狀態的含義如下：

R : 運行或就緒狀態
S：可終止等待
D：不可終止等待
Z：僵尸進程，等待回收
X：終止死亡進程
T：停止狀態

我們也可以通過ps命令查看某個指定的進程的信息：

ps axj | grep 進程名字

三、進程狀態具體分析

🖋?運行 R

首先來看看第一種狀態 R
以我們以往的認知來說，一個程序在運行就表示該進程處于運行狀態，那么事實真的如此嗎？

先來看看下面這段代碼：

#include<iostream>
using namespace std;#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>int main()
{while(1){cout << "I'm a process, my PID is:" << getpid() << endl;sleep(1);}return 0;
}

當前makefile文件為：

myProcess:test.cppg++ -o myProcess test.cpp.PHONY:catPI
catPI:ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myProcess | grep -v grep .PHONY:clean
clean:rm -r myProcess

通過 make catPI 指令調用 Makefile 中提前設定好的指令，查看當前進程信息
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可以看到當前的進程狀態為 睡眠 S+
注： + 表示當前進程在前臺運行中

進程難道沒有運行嗎？

運行了，但我們很難捕捉到對于 CPU 來說，將這么簡單的一句話輸出到屏幕上是一件很小的事，可能幾毫秒就完成了而其他大多數時間，進程
都在外設等待隊列中排隊當我們將打印語句和睡眠語句屏蔽后，進程不用在等待隊列中排隊， CPU 就一直在處理死循環，此時可以觀察到運行R 狀態

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🖋?睡眠 S

睡眠 S 的本質就是 進程阻塞，表示此時進程因等待某種資源而暫停運行；

睡眠 S 又稱為可中斷休眠，當進程等待時間過長時，我們可以手動將其關閉，應用卡死后強制關閉也是這個道理

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還有一種方式終止進程：kill

kill -9 PID 終止進程，當進程在后臺運行時（狀態不加 +），我們是無法通過 ctrl+c 終止的，但kill指令可以終止

🖋?休眠 D

還存在一種特殊睡眠狀態 休眠 D，休眠又被稱為不可中斷休眠，顧名思義，休眠 D 狀態下的進程是無法終止的，kill 指令和 OS都無能為力，只能默默等待進程阻塞結束，拿到資源了，進程才會停止休眠 D 狀態

終止休眠 D 進程的一個方法就是切斷電源，此時進程是結束了，但整個系統也結束了

🖋?暫停 T

我們還可以使進程進入 暫停 T 狀態

kill -19 PID 暫停進程
kill -18 PID 恢復進程

在輸入暫停指令后，進程進進入暫停狀態

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我們可以通過 kill -18 PID 使進程恢復運行，恢復后的進程在后臺運行

可以看到，恢復后進程繼續執行，并且狀態由T變為S
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注意：進程在后臺運行時，是無法通過 ctrl+c·指令終止的，只能通過 kill -9 PID 終止

在 gdb 中調試代碼時，打斷點實際上就是使進程在指定行暫停運行，此時進程處于追蹤暫停狀態 t

在這里插入圖片描述

🖋?死亡 X

當進程被終止后，就處于 死亡 X 狀態

死亡狀態是無法在任務列表中觀察到的，死亡 X 狀態只是一個返回狀態

🖋?僵尸 Z

與死亡狀態相對應的還有一個 僵尸 Z 狀態

通俗來說，僵尸狀態是給父進程準備的
當子進程被終止后，會先維持一個僵尸狀態，方便父進程來讀取到子進程的- 退出結果，然后再將子進程回收
單純的在 bash 環境下終止子進程，是觀察不到僵尸狀態的，因為 bash 會執行回收機制，將僵尸回收
我們可以利用 fork() 函數自己創建父子進程關系，觀察到這一現象

代碼示例如下：

#include<iostream>
using namespace std;#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>int main()
{pid_t ret = fork();if(ret == 0){while(1){cout << "I'm son process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;sleep(1);}}else if(ret > 0){while(1){cout << "I'm father process, my PID: " << getpid() << " PPID: " << getppid() << endl;sleep(1);}}else{while(1){cout << "Make son process fail!" << endl;sleep(1);}}return 0;
}