linux进程及运行状态分析

1、进程与程序的概念：

进程：进程是在操作系统中运行的特定程序，或执行的任务。强调的是程序的运行过程，是动态的。

程序：程序是存储在磁盘上包含可执行机器指令和数据的静态实体。是静态的。

2、二者的相同点：

          参考自： http://net.pku.edu.cn/~yhf/lyceum/linuxK/tlk.html

       进程是一个随执行过程不断变化的实体。和程序要包含指令和数据一样，进程也包含程序计数器和所有CPU寄存器的值，同时它的堆栈中存储着如子程序参数、返回地址以及变量之类的临时数据。

3、Linux进程

         参考 ： http://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7292563       

          为了让Linux来管理系统中的进程，每个进程用一个task_struct数据结构来表示（任务与进程在Linux中可以混用）。数组task包含指向系统中所有task_struct结构的指针。

       这意味着系统中的最大进程数目受task数组大小的限制，缺省值一般为512。创建新进程时，Linux将从系统内存中分配一个task_struct结构并将其加入task数组。  当前运行进程的结构用current指针来指示。

         管理进程的结构体task_struct的定义在：linux-2.6.30.4/ include/linux/sched.h  中，如下所示：

struct task_struct {
    volatile long state;    /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    void *stack;
    atomic_t usage;
    unsigned int flags;    /* per process flags, defined below */
    unsigned int ptrace;
    int lock_depth;        /* BKL lock depth */
    ...........  
    int exit_state;    .........
    .........
};

3.1 进程的状态 state

1、进程状态定义

volatile long state;
int exit_state;

2、state成员的可能取值如下：

#define TASK_RUNNING        0
#define TASK_INTERRUPTIBLE    1
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2
#define __TASK_STOPPED        4
#define __TASK_TRACED        8
/* in tsk->exit_state */
#define EXIT_ZOMBIE        16
#define EXIT_DEAD        32
/* in tsk->state again */
#define TASK_DEAD        64
#define TASK_WAKEKILL        128
#define TASK_WAKING        256

3、相关状态的解释。

     系统中的每个进程都必然处于以上所列进程状态中的一种。

    TASK_RUNNING ：运行态或就绪态。表示进程要么正在执行，要么正要准备执行。

    TASK_INTERRUPTIBLE ：浅睡眠状态。表示进程被阻塞。能响应信号，直到被唤醒，进程的状态就被设置为 TASK_RUNNING。

    TASK_UNINTERRUPTIBLE ：深睡眠状态。的意义与TASK_INTERRUPTIBLE类似，无法响应信号。

                                                    该进程等待一个事件的发生或某种系统资源。

    __TASK_STOPPED ：停止态 。表示进程被停止执行。

     __TASK_TRACED ：  对于进程本身来说，TASK_STOPPED和TASK_TRACED状态很类似，都是表示进程暂停下来。
　　                                  而TASK_TRACED状态相当于在TASK_STOPPED之上多了一层保护， 处于TASK_TRACED状态

                                                    的进程不能响应SIGCONT信号而被唤醒。 只能等到调试进程通过ptrace系统调用执行PTRACE_CONT、

                                                    PTRACE_DETACH等操作 (通过ptrace系统调用的参数指定操作)， 或调试进程退出，

                                                     被调试的进程才能恢复TASK_RUNNING状态。

    EXIT_ZOMBIE ：僵尸态。此时进程不能被调度，但是PCB 未被释放。

    EXIT_DEAD ：死亡态。表示一个已终止的进程，其PCB被释放。

    EXIT_ZOMBIE和EXIT_DEAD 也可以存放在 exit_state 成员中。进程状态的切换过程和原因大致如下图（图片来自《Linux Kernel Development》）：

4、关于进程的挂起与阻塞

        本人的理解是：进程的阻塞对应的是： TASK_INTERRUPTIBLE  或者 TASK_UNINTERRUPTIBLE  这两种状态，一般是被动产生的，

         而挂起状态则一般是通过相应函数去主动使进程挂起的。

         以下是网上相关说法理解，本人认为分析得比较清晰的一个版本：

         来源： http://blog.csdn.net/neomanontheway/article/details/5764660  

• 理解一：挂起是一种主动行为，因此恢复也应该要主动完成，而阻塞则是一种被动行为，是在等待事件或资源时任务的表现，你不知道他什么时候被阻塞(pend)，也就不能确切的知道他什么时候恢复阻塞。而且挂起队列在操作系统里可以看成一个，而阻塞队列则是不同的事件或资源（如信号量）就有自己的队列。
• 理解二：阻塞（pend）就是任务释放CPU，其他任务可以运行，一般在等待某种资源或信号量的时候出现。挂起（suspend）不释放CPU，如果任务优先级高就永远轮不到其他任务运行，一般挂起用于程序调试中的条件中断，当出现某个条件的情况下挂起，然后进行单步调试。
• 理解三：pend是task主动去等一个事件,或消息.suspend是直接悬挂task,以后这个task和你没任何关系,任何task间的通信或者同步都和这个suspended task没任何关系了,除非你resume task;
• 理解四：任务调度是操作系统来实现的，任务调度时，直接忽略挂起状态的任务，但是会顾及处于pend下的任务，当pend下的任务等待的资源就绪后，就可以转为ready了。ready只需要等待CPU时间，当然，任务调度也占用开销，但是不大，可以忽略。可以这样理解，只要是挂起状态，操作系统就不在管理这个任务了。
• 理解五：挂起是主动的，一般需要用挂起函数进行操作，若没有resume的动作，则此任务一直不会ready。而阻塞是因为资源被其他任务抢占而处于休眠态。两者的表现方式都是从就绪态里“清掉”，即对应标志位清零，只不过实现方式不一样。