【Linux详解】进程的状态 | 运行 阻塞 挂起 | 僵尸和孤儿状态

目录

        操作系统中

运行状态

阻塞状态

进程状态转换

 Linux系统中

查看进程状态

深度睡眠状态

T 暂停状态

Z 僵尸状态

 孤儿状态

文章手稿

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xmind: 

文章手稿可见文末 

引言

介绍系统中的进程状态及其管理方式。将通过结合操作系统原理和实际代码示例，详细说明进程的各种状态、转换过程以及处理方法。

操作系统中

一个进程通常有三种状态

• 就绪状态（Ready）：表示进程已经具备运行所需要的一切条件，只需要等待CPU的分配就可以运行。进程处于就绪状态时，通常会被添加到就绪队列，等待调度器分配CPU资源。
• 运行状态（Running）：表示进程正在被CPU执行。处于运行状态的进程正在使用CPU进行计算或其他操作。
• 阻塞状态（Blocked）：表示进程因为某些原因暂时无法继续执行，需要等待一些特定条件的解除之后才能继续运行。例如，当进程等待I/O操作完成或者等待某个资源可用时，会转入阻塞状态。进程在阻塞状态时，通常会被移动到阻塞队列中，等待条件的满足。

我们下面将对运行，阻塞，和阻塞挂起进行介绍~ 

运行状态

 进程只要在运行队列中，就叫做 运行态。

阻塞状态

关于进程：

① 一个进程使用资源的时候，可不仅仅是在申请 CPU 资源
② 进程可能会申请其它资源：磁盘、网卡、显卡，显示器资源……

如果我们申请 CPU 资源无法暂时无法得到满足，这就需要排队的 "运行队列" 。那么如果我们申请其他慢设备的资源呢？是需要排队的（task_struct 在进程排队）。

当访问某些资源（磁盘，网卡等），如果该资源暂时没有准备好，或者正在给其他进程提供服务，那么此时：

① 当前进程要从 runqueue 中逐出。
② 将当前进程放入对应设备的描述结构体中的waitqueue 。

进程状态：看PCB在哪个队列

内存不足了，操作系统就会把 该进程的代码和数据置换到磁盘上，进行 进程挂起。

进程状态转换

进程状态的转换可以通过以下示例说明：

#include 
#include 
 
int main() {
    while (1) {
        printf("进程[%d]正在运行...\n", getpid());
        sleep(1); // 模拟阻塞状态
    }
    return 0;
}

通过运行上述代码并观察进程状态，可以理解进程在不同状态之间的转换过程。

三种状态的图示如下：

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 Linux系统中

进程状态用整数表示，这些整数存储在进程的task_struct结构体中。常见的进程状态包括：运行（R）、睡眠（S）、磁盘睡眠（D）、停止（T）、死亡（X）、僵尸（Z）和孤儿进程。

进程状态一览

查看进程状态

使用ps aux或ps axj命令可以查看系统中进程的状态。例如：

ps aux
ps axj

这些命令输出的状态字段展示了进程当前的状态。

背后的原因让人暖心，cpu太快了，print显示器等待的时间在他看来就是在sleep了

深度睡眠状态

这个D状态我们就不模拟了……可能会把我的机子磁盘打满（害怕.dog） 

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T 暂停状态

比如看视频，听音乐，下载，都会有暂停。当你点击暂停的时候下载对应的代码就不跑了，此时这个进程你就可以认为是暂停状态。

再比如说我们调试程序，让程序打断点之后让程序运行起来，程序在打断点处停住的时候是将进程暂停了，所以你在gdb 调试或在 VS 下调试时你会发现程序会停下来，这就是暂停。

是进程挂起的一种。

我们可以先来看一下kill

接下来可以来尝试一下;

$ kill -19 4026，就会发现

gdb下的暂停状态，测试一下

$ gdb process  # 进入gdb调试
(gdb) l        # 查看代码
(gdb) b 9      # 打断点
q + 回车       # 退出

Z 僵尸状态

僵尸状态：当一个 Linux 中的进程退出的时候，一般不会直接进入 X  状态（死亡，资源可以立马被回收），而是进入 Z 状态。

为什么呢~

进程为 Z 状态，就是为了维护退出信息，可以让父进程或者 OS 读取记录的，退出信息会写入 test_struct。

以下是创建僵尸进程的代码示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
 
int main() {
    pid_t id = fork();
    if (id < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    } else if (id == 0) { // 子进程
        printf("子进程[%d]开始运行...\n", getpid());
        sleep(5);
        printf("子进程[%d]退出...\n", getpid());
        exit(0);
    } else { // 父进程
        printf("父进程[%d]正在睡眠...\n", getpid());
        sleep(30); // 父进程延迟回收子进程
    }
    return 0;
}

 我们可以写一个监控脚本来看一下~

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep; sleep 1; echo "######" ; done

在另一个终端中运行ps命令可以看到子进程进入僵尸状态。

僵尸进程的危害

僵尸进程虽然不再运行，但它们仍然占用系统资源（如进程控制块task_struct）。如果父进程不及时回收子进程，会导致系统资源浪费，甚至内存泄漏。

避免僵尸进程

可以通过以下方式：

1. 父进程及时调用wait()或waitpid()回收子进程。
2. 使用信号处理机制，在子进程退出时通知父进程进行回收。

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 孤儿状态

孤儿进程：父亲没了（bushi

即：父进程先退出了，子的父就变成1 号进程了，相当于被os领养了

测试一下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(void) {
    pid_t id = fork();
    if (id == 0) {
        // child
        int cnt = 5;
        while (1) {  // 死循环，孩子进程就不退了
            printf("我是子进程，我还剩下 %ds\n", cnt--);
            sleep(1);
        }
        printf("我是子进程，我已经变僵尸了，等待被检测\n");
        exit(0);
    }
    else {
        // father
        int cnt = 3;
        while (cnt) {
            printf("我是父进程，我: %d\n", cnt--);
            sleep(1);
        }
        exit(0);
    }
}

 监控一下：

 while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep mytest | grep -v grep; sleep 1;echo "######";done

我们可以top看一下1究竟是什么

❓ 疑问：父进程退出，为什么父进程没有变成僵尸？我们怎么没有看到父进程 为Z  ？

• 那是因为父进程的父进程是bash ，它会自动回收它的子进程，也就是这里的父进程。这里之所以没有看到父进程变成僵尸，是因为被 bash 回收了， z->x 的状态很快，所以你没看到。
• 那为什么刚才我自己代码中的父进程创建的子进程，父进程没有回收子进程呢？那是因为你的代码压根就没有写回收，所以你的子进程就没有回收。

那我们怎么暂停呢，ctrl+c 只能干掉前台进程，

所以孤儿进程就要用到我们的杀进程：kill -9来暂停啦

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文章手稿