【Linux】Linux進程狀態和僵尸進程：一篇看懂“進程在忙啥”

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文章目錄

- 一、先搞懂：進程狀態藏在哪？
- 二、課本里的核心邏輯：3句話說透
- 三、基礎三態：運行、阻塞、掛起（大白話版）
- - 1. 運行態：“在工位上，要么干活要么等活”
  - 2. 阻塞態：“等材料，暫時離開工位”
  - 3. 掛起態：“工位不夠，去臨時倉庫待著”
- 四、內核小知識：用“鏈表”管進程
- 五、Linux實際進程狀態：逐個拆，附代碼
- - 1. R狀態：運行態（Running）
  - 2. S狀態：可中斷休眠（淺睡眠）
  - 3. T狀態：暫停態（Stopped）
  - 4. t狀態：斷點態（Trace Stopped）
  - 5. D狀態：不可中斷休眠（深睡眠）
  - 6. Z狀態：僵尸態（Zombie）
  - 7. X狀態：死亡態（Dead）
- 六、孤兒進程：爹跑了，誰管孩子？
- - 為啥要領養？
- 七、總結：3個核心記牢

一、先搞懂：進程狀態藏在哪？

進程不是“黑盒子”，它的所有信息——比如在干啥、代碼存在哪、有啥權限——都記在一個叫task_struct的“檔案本”里。而進程狀態，就是這個檔案本里的一個整數，像員工的“工作狀態標簽”，直接告訴操作系統“這進程現在能干活不”。

二、課本里的核心邏輯：3句話說透

不管啥操作系統，進程狀態的底層邏輯都逃不開這3點（對應你放的課本截圖）：

進程不只有“跑”和“不跑”，有好幾種狀態；
狀態能互相轉——比如“等鍵盤輸入”時會從“能跑”變“等著”，輸入完又變回去；
只有“運行狀態”的進程，才真正拿著CPU干活。

三、基礎三態：運行、阻塞、掛起（大白話版）

咱們用“工廠干活”的例子理解，比硬記定義簡單：

1. 運行態：“在工位上，要么干活要么等活”

操作系統里，每個CPU都有一個“調度隊列”（像工廠的“待崗工位”），里面放的全是task_struct（進程檔案本）。
只要進程在這個隊列里，狀態就是運行態（Running） ——不管是正在被CPU“叫去干活”，還是排隊等CPU，都算運行態。

調度時，CPU會按規則（比如“先進先出”FIFO）從隊列里挑一個檔案本，找到對應的代碼和數據，讓它跑起來。

2. 阻塞態：“等材料，暫時離開工位”

比如你寫了個帶scanf的程序——運行后不敲鍵盤，進程就“卡住了”。這不是它偷懶，是它在等“鍵盤輸入”這個“材料”，這就是阻塞。

操作系統怎么管這種情況？它會給每個硬件（鍵盤、磁盤、網卡）建個“設備檔案”（struct device），檔案里專門留了個“等待隊列”——所有等這個硬件的進程，都會被移到這個隊列里。
簡單說：阻塞 = 進程檔案本從“調度隊列”挪到“硬件等待隊列”，直到“材料”備好（比如你敲了鍵盤），再挪回調度隊列。

3. 掛起態：“工位不夠，去臨時倉庫待著”

如果內存實在不夠（工廠工位滿了），操作系統會把進程的“代碼和數據”挪到磁盤（臨時倉庫），只留task_struct（檔案本）在內存——這叫“阻塞掛起”（本來就在等材料，現在連工具都收起來了）。
要是內存還不夠，連調度隊列里的進程也會被挪去磁盤，叫“運行掛起”（本來在等活，現在先去倉庫）。

不過不用記這么細——Linux里不細分掛起態，咱們重點看實際能用的狀態就行。

四、內核小知識：用“鏈表”管進程

操作系統不是瞎管進程的，靠的是“鏈表”這種數據結構。Linux用的是list_head鏈表，特點很實用：

每個task_struct里可以放多個list_head（像一個員工有多個“身份標簽”）；
這樣一個進程能同時屬于多個鏈表——比如既在“進程組鏈表”，又在“調度隊列鏈表”；
想通過list_head找到完整的task_struct？靠“地址偏移”——知道list_head在檔案本里的位置，就能算出整個檔案本的地址。

簡單說：進程狀態切換，本質就是list_head在不同鏈表間“挪位置”，無非是增刪查改的操作。

五、Linux實際進程狀態：逐個拆，附代碼

Linux的進程狀態存在task_state_array里，咱們逐個講，每個都給代碼例子，跟著做就能看懂。

1. R狀態：運行態（Running）

特點：在調度隊列里，要么正在跑，要么等CPU；不能被kill打斷（想停它得等它自己出隊列）。
為啥有時查不到？比如printf這種操作太快，進程瞬間切到其他狀態，得用“死循環不做IO”才能穩定抓到。

代碼例子（抓R狀態）：

#include <stdio.h>
int main() {while(1); // 死循環，不做任何IO，一直待在調度隊列return 0;
}

操作步驟：
1. 編譯：gcc test.c -o test；
2. 后臺運行（不占終端）：./test &；
3. 查看狀態：ps aux | grep test，會看到狀態是R。

（注：狀態后的+表示“前臺進程”，后臺進程沒有+）

2. S狀態：可中斷休眠（淺睡眠）

特點：等資源（鍵盤、文件），處于“淺睡”；能被kill命令打斷（比如等輸入時，kill一下就退出）。
最常見的阻塞態，比如scanf等輸入、讀文件時都算S狀態。

代碼例子（抓S狀態）：

#include <stdio.h>
int main() {int a;scanf("%d", &a); // 等鍵盤輸入，進程阻塞，狀態變Sprintf("%d\n", a);return 0;
}

操作步驟：
1. 運行：./test，不輸入任何內容；
2. 另開終端查狀態：ps aux | grep test，狀態是S；
3. 測試kill：kill 進程號，進程會直接退出（S狀態能被打斷）。

3. T狀態：暫停態（Stopped）

特點：進程被“暫停”，既不在調度隊列也不在等待隊列；得用命令恢復（kill -18）。
觸發方式：按ctrl+z暫停前臺進程，或用kill -19手動暫停。

操作例子：

運行上面的scanf程序：./test；
按ctrl+z，終端提示“已暫停”；
查狀態：ps aux | grep test，狀態是T；
恢復：kill -18 進程號，進程繼續等輸入；
再暫停：kill -19 進程號，變回T。

4. t狀態：斷點態（Trace Stopped）

特點：只有調試時會出現！進程在斷點處停下，比如gdb設斷點后運行。

操作例子：

用gdb調試：gdb ./test；
設斷點：b main（在main函數開頭停）；
運行：r；
另開終端查狀態：ps aux | grep test，狀態是t。

5. D狀態：不可中斷休眠（深睡眠）

特點：等“關鍵資源”（比如磁盤IO），處于“深睡”；kill -9都殺不掉（怕打斷磁盤操作導致數據損壞）。
常見場景：用dd命令拷貝大文件時。

操作例子（抓D狀態）：

執行磁盤讀寫命令：dd if=/dev/zero of=/tmp/test bs=1G count=10（往/tmp寫10G文件）；
另開終端查狀態：ps aux | grep dd，狀態是D；
試殺：kill -9 進程號，進程紋絲不動，直到磁盤操作完成才退出。

6. Z狀態：僵尸態（Zombie）

特點：子進程退出了，但父進程沒“要它的退出信息”（比如退出碼），只剩task_struct（檔案本）在內存；不能被調度，也殺不掉（因為進程已經死了，只剩空殼）。
風險：僵尸進程占內存，父進程一直不管就會“內存泄露”（尤其是開機就跑的常駐進程）。

代碼例子（造僵尸進程）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {pid_t pid = fork(); // 創建子進程if (pid == 0) {// 子進程：直接退出，沒被回收printf("子進程PID：%d\n", getpid());return 0;} else if (pid > 0) {// 父進程：死循環，不回收子進程while(1) sleep(1); }return 0;
}

操作步驟：
1. 運行：./test；
2. 查狀態：ps aux | grep test，會看到子進程狀態是Z；
3. 解決辦法：讓父進程調用wait()回收，或殺掉父進程（子進程會被領養）。

（注：slab是Linux內核的內存分配機制，專門管理像task_struct這樣的小對象，僵尸進程的task_struct就存在這里，不回收會占 slab 內存）

7. X狀態：死亡態（Dead）

特點：進程徹底退出，所有資源（代碼、數據、task_struct）被OS回收；看不到這個狀態（因為瞬間就沒了），只是理論上的狀態。

六、孤兒進程：爹跑了，誰管孩子？

如果父進程先退出，子進程沒人管，就成了“孤兒進程”——這時候Linux會讓1號進程領養它：

新內核（比如Ubuntu、CentOS 7+）：1號進程是systemd；
老內核：1號進程是init。

為啥要領養？

怕孤兒進程退出后沒人回收，變成僵尸進程，導致內存泄露。1號進程會負責“要它的退出信息”，相當于“福利院”。

代碼例子（造孤兒進程）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {pid_t pid = fork();if (pid == 0) {// 子進程：睡10秒，等父進程先退出printf("子進程PID：%d，當前父進程PID：%d\n", getpid(), getppid());sleep(10); printf("子進程現在父進程PID：%d\n", getppid()); // 會變成1return 0;} else if (pid > 0) {// 父進程：馬上退出，不管子進程printf("父進程退出，PID：%d\n", getpid());return 0;}return 0;
}