【Linux】进程概念（下）

​ 作者：@阿亮joy.
专栏：《学会Linux》
座右铭：每个优秀的人都有一段沉默的时光，那段时光是付出了很多努力却得不到结果的日子，我们把它叫做扎根

进程状态

进程状态的普遍理解

操作系统的书籍一般都会给我们罗列出很多进程状态，比如：运行、新建、就绪、挂起、阻塞、等待和死亡等等。如此之多的概念，总会让我们学起来比较费劲。那操作系统会有如此之多的进程状态呢？其实是为了满足不同的运行场景。

对于人来说，对一件事的认识是不太可能建立在想象之上的。所以，我们先来了解一下操作系统的空间概念，看看普遍的操作系统层面是如何理解上面罗列的进程状态的。

运行、阻塞和挂起状态的讲解

Linux 系统的进程状态

以上是操作系统书籍对进程状态概念的定义，那么接下来我们就学习一下操作系统中具体的进程状态！

进程状态的描述

• R 运行状态（running） : 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列里。
• S 睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待事件完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠。
• D 磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待 IO 的结束。
• T 停止状态（stopped）： 可以通过发送 SIGSTOP 信号给进程来停止 T 进程。这个被暂停的进程可以通过发送 SIGCONT 信号让进程继续运行。
• X 死亡状态（dead）：这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态。
  
  

1.观察运行状态 R

上图的 R 就是运行状态，后面的 + 号以后会提及。

2.观察休眠状态 S

在我们看来，我们的程序是一致在运行的，那为什么进程状态是休眠状态呢？其实是因为 printf 函数是将字符串打印到显示器（外设）上的，而显示器的速度是比较慢的，需要等待显示器就行要花比较长的时间（对 CPU 而言）。所以 99 % 的时间都是等 IO 就绪，1% 的时间在执行打印代码，所以我们查到的进程状态绝大多数是休眠状态。

注：需要访问外设的进程，其状态绝大多数时间是休眠状态 S，也是阻塞状态的一种。

3.查看暂停状态 T

kill - 19 PID #使处于运行状态的进程改为暂停状态

注：暂停状态也是阻塞状态的一种，处于暂停状态的进程不知道是否被挂起，由操作系统决定。

kill - 18 PID #使处于暂停状态的进程改为运行状态

可以看到，此时的运行状态和最开始的运行状态相比，少了一个 + 号。能通过 Ctrl + c 键杀死的进程是前台进程，不能通过 Ctrl + c 键杀死的进程是后台进程。前台进程的状态比后台进程的状态多了一个 + 号。只能通过kill -9 PID来杀死后台进程。

注：在 Linux 系统中是看不到挂起状态的。因为用户只需要关心自己的进程是运行状态、休眠状态还是暂停状态，并不需要关心挂起状态。挂起状态是操作系统做内存管理将进程的代码和数据保存到磁盘上，我们并不需要知道，所以我们在 Linux 系统下是看不到挂起状态的。

4.深度睡眠状态 D

上面提到的休眠状态 S 是浅度睡眠状态，该状态是可以被终止的！而深度睡眠状态是很少见的，常见于高 IO、高并发的场景。在该状态下的进程，无法被操作系统杀死，只能通过断点或者进程自己醒来来解决。深度睡眠的状态只见于高 IO 的情况，大家可以通过dd指令浅浅地逝一下。

5.正在被追踪状态 t

注：T(tracing stop) 是暂停状态的一种，该状态 t 表示该进程正在被追踪（调试）。

Makefile 新语法

6.死亡状态 X

操作系统的书籍上都会给我们介绍进程的死亡状态，而在 Linux 系统中，我们无法验证一个进程是否死亡。当进程死亡时，操作系统会立即或延迟进程占用的资源。

7.僵尸状态 Z

• 僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。当进程退出并且父进程（使用wait()系统调用,后面讲）没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程。
• 僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。
• 所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入 Z 状态。

进程被创建出来，就为了帮助操作系统或者用户完成某些任务。那对于操作系统和用户来说，肯定会关心该进程把任务完成的如何。那么进程退出的时候，就不能立即释放该进程对应的资源，而应该保存一段时间，让父进程或者操作系统来读取进程退出结果。如果父进程不读取子进程的退出结果，就会造成僵尸进程。

如何创建处于僵尸状态的进程？只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程的状态，子进程就会进入僵尸状态 Z。

while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess | grep -v grep; sleep 1; done #自动化监控脚本
#-v选项 grep搜索时过滤掉指定关键词

注：僵尸进程是有很大危害的，这个问题到进程控制模块会讲解！

僵尸进程的危害

• 进程的退出状态必须被维持下去，因为他要告诉关心它的进程（父进程），你交给我的任务，我办的怎么样了。可父进程如果一直不读取，那子进程就一直处于 Z 状态。
• 维护退出状态本身就是要用数据维护，也属于进程基本信息，所以保存在 task_struct(PCB) 中。换句话说， Z 状态一直不退出， PCB 一直都要维护。
• 那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收子进程，就会造成内存资源的浪费。因为数据结构对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空间。
• 僵尸进程不解决会造成内存泄漏问题！！！

孤儿进程

• 父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入 Z之后，那该如何处理呢？
• 父进程先退出，子进程就称之为 “孤儿进程”。
• 孤儿进程被1号 init 进程领养，当然要有 init 进程回收喽。
• 如果是前台进程创建的子进程变成了孤儿进程，那么该孤儿进程会自动变成后台进程。

输入 kill -9 父进程PID 杀死父进程后，子进程就会被1号进程领养。那为什么看不到父进程变成僵尸进程呢？因为父进程也有父进程，其父进程是 bash，将其资源回收了，所以我们就看不到父进程的僵尸状态了。

1号进程就是操作系统！

进程优先级

基本概念

• CPU 资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级(priority)。
• 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先权对多任务环境的 Linux 很有用，可以改善系统性能。
• 还可以把进程运行到指定的 CPU 上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。

优先级和权限的区别：权限是能不能的问题，而优先级是谁先谁后的问题。为什么要存在优先级？因为资源太少了。优先级本质是 PCB 中的一个或者几个整数数字。

查看进程优先级

ps -la #查看进程的优先级

• UID : 代表执行者的身份
• PID : 代表这个进程的代号
• PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
• PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
• NI ：代表这个进程的 nice 值

PRI 和 NI

• PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高。
• 那 NI 呢?就是我们所要说的 nice 值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值。
• 进程的 PRI 值越小就越快被执行，那么加入 nice 值后，将会使得 PRI 变为:PRI(new)=PRI(old)+nice
• 这样，当 nice 值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。
• 所以在 Linux 系统下，调整进程优先级就是调整进程的 nice 值。
• nice 值的取值范围是 -20 至 19，一共 40 个级别。
• 需要强调一点的是，进程的 nice 值不是进程的优先级。他们不是一个概念，但是进程的 nice 值会影响到进程的优先级变化，可以理解 nice 值是进程优先级的修正值。
• 默认情况下，进程的 nice 值为 0，PRI(old) 为 80。

修改 nice 值

• sudo top
• 进入 top 后按 “r” –> 输入进程 PID –> 输入 nice 值

注：nice 值的设置范围是 -20 到 19，设置太大或太小都不会超过该范围。因为 nice 值太大或太小都会影响 CPU 调用进程的公平性。每次修改 nice 值，都是在 PRI = 80 的基础上修改的。

其他概念

• 竞争性: 系统进程数目众多，而 CPU 资源只有少量，甚至 1 个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
• 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰。
• 并行: 多个进程在多个 CPU 下分别，同时进行运行，这称之为并行。
• 并发: 多个进程在一个 CPU 下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发。

注：CPU 调度进程的方式，并不是将该进程执行完再去执行另一个进程，而是采取时间片轮转的方式来调度进程的。也就是将时间段切分为很多的小时间片，这个时间片来调度这个进程，这个时间片过后，该进程执行完毕或者重新到运行队列中排队。到了下一个时间片，就会去调度另外一个进程。这样，在一段时间内，多个进程都能够得以推进，这也就是并发。

进程切换

• CPU 内部只有一套寄存器硬件，CPU 中的寄存器 eip (pc 指针) 可以保存当前正在执行指令的下一条指令的地址，寄存器里面保存的数据是属于当前进程的。寄存器硬件不等于寄存器内的数据！
• CPU 调度进程需要做的三件事：取指令、分析指令和执行指令。
• 进程在运行的时候需要占用 CPU，但进程并不是一直要占用 CPU 到进程结束的！ 进程在运行的时候都会有自己的时间片， 进程运行时一定会产生非常多的临时数据，也称为上下文，这些数据属于当前进程！当进程的时间片跑完了，该进程产生的临时数据需要保存到操作系统的段描述符中，这也称为上下文保护。当该进程再次运行起来时，需要将临时数据恢复，从上一次执行的地方开始运行起来，这也称为上下文恢复。
• 进程在切换的时候，要进行进程的上下文保护；当进程恢复运行的时候，要进行上下文的恢复！
• 寄存器内的数据只属于当前运行的进程。寄存器被所有进程共享，寄存器内的数据是每个进程各自私有的上下文数据。

总结

本篇博客主要讲解了进程状态的普遍理解、Linux 系统的进程状态、僵尸进程、孤儿进程、进程优先级、并行和并发以及进程切换等。那么以上就是本篇博客的全部内容了，如果大家觉得有收获的话，可以点个三连支持一下！谢谢大家！❣️