（二）进程管理之进程状态及组织方式

操作系统：linux
处理器：arm
内核版本：4.x

目录：

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进程状态

执行ps aux命令可以看到进程有以下这些状态：

Ss、S、I<、I、SN、Ssl、S<、S

他们的含义可以通过man ps找到：

PROCESS STATE CODES
       Here are the different values that the s, stat and state output specifiers
        (header "STAT" or "S") will display to describe the state of a process:

               D    uninterruptible sleep (usually IO)
               R    running or runnable (on run queue)
               S    interruptible sleep (waiting for an event to complete)
               T    stopped by job control signal
               t    stopped by debugger during the tracing
               W    paging (not valid since the 2.6.xx kernel)
               X    dead (should never be seen)
               Z    defunct ("zombie") process, terminated but not reaped by its parent

       For BSD formats and when the stat keyword is used, additional characters may 
       be displayed:

               <    high-priority (not nice to other users)
               N    low-priority (nice to other users)
               L    has pages locked into memory (for real-time and custom IO)
               s    is a session leader
               l    is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do)
               +    is in the foreground process group

主要关注以下几个状态：

R (TASK_RUNNING)

只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，这些进程的task_struct结构(进程控制块)被放入对应 CPU的可执行队列中(一个进程最多只能出现在一个CPU的可执行队列中)。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU 上运行。（这个状态并不代表正在执行。）

S (TASK_INTERRUPTIBLE)

处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生(比如等待socket连接、等待信号量)，而被挂起。这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时(由外部中断触发、或由其他进程触发)，对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。

D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)

与TASK_INTERRUPTIBLE状态类似，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。不可中断，指的并不是CPU不响应外部硬件的中断，而是指进程不响应异步信号。

Z（EXIT_ZOMBIE）

僵尸状态，此时进程相关资源已经被释放，但还保留着task_struct结构体。当父进程执行wait4调用获取其相关信息时，进程将变为DEAD状态人间蒸发。由于这个过程很短暂，所以很难捕捉到。

如上图所示，内核中大部分进程生命周期就在这些状态中转换。通过fork或者clone系统调用，产生新的进程。处于运行状态的进程由于需要等待资源，进入睡眠态，根据能不能被信号唤醒分为TASK_INTERRUPTIBLE、TASK_UNINTERRUPTIBLE两种，资源来临时进程会被wake_up变成TASK_RUNNING，进入rq队列等待调度器调度。进程执行任务完毕后主动退出或被信号杀死时，进入僵尸态等待父进程回收。

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其他进程状态

除了上面介绍的那些进程状态外，task_struct的state还可以取其他的值。

/* Used in tsk->state: */
#define TASK_RUNNING                    0x0000
#define TASK_INTERRUPTIBLE              0x0001
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE            0x0002
#define __TASK_STOPPED                  0x0004
#define __TASK_TRACED                   0x0008
/* Used in tsk->exit_state: */
#define EXIT_DEAD                       0x0010
#define EXIT_ZOMBIE                     0x0020
#define EXIT_TRACE                      (EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)
/* Used in tsk->state again: */
#define TASK_PARKED                     0x0040
#define TASK_DEAD                       0x0080
#define TASK_WAKEKILL                   0x0100
#define TASK_WAKING                     0x0200
#define TASK_NOLOAD                     0x0400
#define TASK_NEW                        0x0800
#define TASK_STATE_MAX                  0x1000

/* Convenience macros for the sake of set_current_state: */
#define TASK_KILLABLE                   (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)
#define TASK_STOPPED                    (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)
#define TASK_TRACED                     (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)

TASK_WAKEKILL：收到致命信号时，唤醒进程。调用vfork时，父进程就会处与
TASK_KILLABLE状态(TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)。

TASK_PARKED、TASK_WAKEKILL、TASK_NOLOAD、TASK_NEW都是内核为了实现一些特殊功能，而存在的特殊state，这里挖一个小坑不展开。

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组织方式

除了这种树以外，内核还采用链表、hash table和radix tree来组织进程PCB。基树是一种节省空间的数据结构，利用它可以从pid找到task_struct的地址。