linux进程状态的多面人生：从奔跑到沉睡，从新生到孤独

舞武零落

于 2025-02-23 16:05:24 发布

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文章标签： linux 运维服务器

本文链接：https://blog.csdn.net/wangchen_0/article/details/143933130

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在 Linux 的世界里，进程是系统的核心元素。就像人类的生命一样，进程也经历不同的阶段：从忙碌的奔跑到沉寂的等待，从活跃的状态到遗留的痕迹。理解这些状态的本质，能够帮助我们更好地掌控系统的运行状态，解决潜在问题。

1.进程状态

Linux 中的进程主要有以下几种状态：
- 运行：正在使用 CPU 或准备使用 CPU。
- 阻塞：进程处于等待某一条件满足的状态。
- 挂起：被暂停运行，通常由信号或用户操作引起。
- 僵尸：进程已结束，但未被回收。
- 孤儿：父进程已经终止，进程由 `init` 进程接管。

2. 进程的linux内核源代码

Linux 内核中通过一个数组 `task_state_array[]` 定义了进程的多种状态。以下是源码的具体实现：

/*
*The task state array is a strange "bitmap" of
*reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
*you can test for combinations of others with
*simple bit tests.
*/
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 */
};

- `task_state_array[]` 是一个状态描述的字符串数组。每个元素对应进程的某种状态。

进程状态的内核常量定义：

在内核中，不同状态的常量值由 `TASK_*` 系列宏定义：

#define TASK_RUNNING          0     /* 可运行状态 */
#define TASK_INTERRUPTIBLE    1     /* 可中断的睡眠状态 （浅睡眠）*/
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE  2     /* 不可中断的睡眠状态 （深睡眠）*/
#define TASK_STOPPED          4     /* 停止状态 */
#define TASK_TRACED           8     /* 被跟踪的状态 */
#define EXIT_ZOMBIE          16     /* 僵尸状态 */
#define EXIT_DEAD            32     /* 已死亡状态 */

进程状态就是task_struct内的一个整数。

运行时状态切换：

内核会根据事件触发对进程状态进行切换：
- 运行（R）：进程处于调度队列，等待 CPU 调度。
- 睡眠（S/D）：进程等待资源或事件发生，可被中断或不可被中断。
- 停止（t/T）：进程响应信号（如 `SIGSTOP`）而暂停。
- 僵尸（Z）：进程已退出，但父进程尚未回收其资源。

状态切换过程：
1. 当进程进入 CPU 调度队列时，状态设置为 `TASK_RUNNING`。
2. 当进程调用阻塞操作（如 `scanf` 或 I/O）时，状态切换为 `TASK_INTERRUPTIBLE` （浅睡眠）或 `TASK_UNINTERRUPTIBLE`（深睡眠）。
3. 进程收到信号后，可能被置为 `TASK_STOPPED` 或 `TASK_TRACED`。
4. 进程结束时，状态设置为 `EXIT_ZOMBIE`，等待父进程回收资源。

（1）R (Running) - 运行状态
描述：
- 进程处于运行状态时，表示它正在使用 CPU 或在运行队列中等待被调度使用 CPU。
- 是进程最活跃的状态，进程只有在该状态下才会真正执行指令。

关键点：
- 状态值：`TASK_RUNNING = 0`
- 进程的调度优先级决定它在运行队列中的顺序。
- 如果有多核 CPU，多个进程可以同时处于运行状态（各占一个 CPU）。

（2）S (Sleeping) / D (Disk Sleep) - 睡眠状态
S (Sleeping) - 可中断睡眠状态
描述：
- 进程处于睡眠状态时，表示它正在等待某个事件（如 I/O 操作完成或信号到达）。
- 可中断表示进程可以被信号唤醒，并重新进入运行状态。

关键点：
- 状态值：`TASK_INTERRUPTIBLE = 1`
- 最常见的进程状态，许多 I/O 密集型任务会频繁进入此状态。

sleeping就是阻塞状态，浅睡眠（可中断睡眠）

D (Disk Sleep) - 不可中断睡眠状态
描述：
- 不可中断的睡眠状态表示进程正在等待一个特定事件（通常是硬件相关任务），无法被信号打断。
- 常用于访问慢速外部设备的 I/O 操作，例如磁盘访问。

关键点：
- 状态值：`TASK_UNINTERRUPTIBLE = 2`
- 通常是短暂的状态，如果长时间停留，可能意味着硬件问题或系统瓶颈。

（3）t (Tracing Stop) - 被跟踪的停止状态
描述：
- 进程被调试器（如 `gdb`）跟踪时进入此状态。
- 这是一个特殊的停止状态，便于调试器操作。

关键点：
- 状态值：`TASK_TRACED = 8`

在第八行打上一个断点

（4）T (Stopped) - 停止状态
描述：
- 表示进程因接收到 `SIGSTOP` 等信号而暂停运行。
- 用户可以通过发送 `SIGCONT` 信号让进程恢复运行。

关键点：
- 状态值：`TASK_STOPPED = 4`
- 常用于调试目的，允许用户在进程暂停时检查其状态或内容。

运行程序，使用ctrl + z将程序挂起放到后台

（5）X (Dead) - 死亡状态
描述：
- 进程已结束运行，并即将被彻底清理出系统。
- 这是一个极为短暂的状态，在用户层面几乎无法观察到。

关键点：
- 状态值：`TASK_DEAD = 16`
- 内核会立即回收其所有资源并清除进程信息。

（6）Z (Zombie) - 僵尸状态
描述：
- 进程已终止运行，但父进程尚未回收其退出信息。
- 僵尸进程会占用系统的进程表资源，但不会消耗其他资源。

关键点：
- 状态值：`EXIT_ZOMBIE = 32`
- 过多的僵尸进程可能导致系统资源耗尽，影响性能。

（7）补充

使用kill管理进程

kill -18：sigcont继续执行

kill -19：sigstop停止运行

3. 运行、阻塞和挂起

在 Linux 系统中，进程的生命周期涉及多个状态，其中阻塞、运行和挂起是三个关键的状态。理解它们的本质和差异，可以帮助我们更好地管理和优化进程。

3.1 运行：进程的巅峰时刻

（1）什么是运行状态

运行状态 (`Running`) 是 Linux 进程生命周期中最活跃的状态。处于该状态的进程正在使用 CPU 执行指令，或者已经准备好执行，只需等待 CPU 调度。

运行：进程处于调度队列中，进程的状态就是running。

（2）单核与多核系统
- 在单核系统中，每次仅有一个进程处于运行状态。
- 在多核系统中，多个 CPU 核心可以同时运行不同的进程。

（3）运行状态的触发条件

1. 系统调度
- 当进程准备好运行并且内核调度器为其分配了 CPU，它将进入运行状态。

2. 等待结束
- 当一个睡眠或阻塞的进程被唤醒（如 I/O 完成、信号到达），它会重新进入运行队列，等待调度。

3. 手动恢复
- 暂停的进程接收到 `SIGCONT` 信号后，可能重新进入运行状态。

一个CPU，一个调度队列，操作系统专门为CPU设计了一个队列。

调度算法之一：FIFO（先进先出）

3.2 阻塞：进程的等待之旅

（1）什么是阻塞状态？
阻塞状态表示一个进程因等待某种资源或事件而暂停运行，此时它无法继续执行指令，也不会占用 CPU。只有当等待的条件被满足（如 I/O 操作完成、信号到达），进程才会从阻塞状态恢复到可运行状态。

阻塞：等待某种资源或设备就绪。（例如键盘、显示器、磁盘......）
（2）阻塞分为两种类型

1. 可中断阻塞 (Interruptible Blocking)
- 进程因等待某些条件（如用户输入或 I/O 完成）进入休眠状态，但在此期间可以通过信号唤醒。
- 状态值：`TASK_INTERRUPTIBLE`，显示为 `S (sleeping)`。

2. 不可中断阻塞 (Uninterruptible Blocking)
- 进程进入休眠状态以等待某些关键条件（如硬件响应或文件系统访问），无法被信号中断。
- 状态值：`TASK_UNINTERRUPTIBLE`，显示为 `D (disk sleep)`。

（3）阻塞状态的进程调度机制

- 运行到阻塞：
- 当进程调用阻塞系统调用（如 I/O 请求）或尝试访问不可用资源时，内核会将进程从 `TASK_RUNNING` 转为 `TASK_INTERRUPTIBLE` 或 `TASK_UNINTERRUPTIBLE` 状态，并将其从运行队列中移除。

- 阻塞到运行：
- 当等待的事件发生（如 I/O 完成或信号到达），内核会将进程重新加入运行队列，并将状态改为 `TASK_RUNNING`，等待调度器分配 CPU。

OS管理系统中的各种硬件设备->先描述，再组织。与管理进程大致相同，都是用struct结构体先描述，使用直接将进程、硬件设备联系起来，转变为对链表的增删查改。