【Linux】—— 进程状态及优先级

进程状态

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。
下面的状态在kernel源代码里定义：

/*
* 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 */
};

• 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，因此在单核CPU中处在运行状态的进程可以有多个，但是只能有一个进程在运行中。
• 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（interruptible sleep）），可中断的睡眠状态即操作系统可以将该进程中断，不管该进程是否已经完成任务。
• 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
• 举个栗子，说明一下D这个状态，假设有一个进程正在访问外设，由于CPU速度与外设相差太大，因为这个过程会比较长，此时进程处于休眠状态，原来操作系统是会让该进程退出，因为他没有干活，但是如果该进程退出了，完成任务的人回来找不到该进程则无法交还任务，就会出错，因此增加了D状态，此时操作系统无法直接让该进程退出，该进程只能等任务完成之后自己退出。
• 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

进程状态查看

• ps aux / ps axj 命令

Z(zombie)-僵尸进程

• 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
• 还是来 举个栗子 说明一下该状态，假设你走在路上，突然碰到一个老人家倒下了，你在考虑到底扶不扶的时候，转念一想，还是打120吧，这样比较靠谱，等到120来了之后发现这个老人已经死了，此时120的人就打了110，因为这种情况必须110来处理，110来了之后不是迅速把尸体抬走，而是拉起了警戒线，将现场先保护起来，因为必须查清楚这个老人的死因，是因为他杀还是自杀还是怎么回事，等知道具体死因之后才会将尸体回收。这就和僵尸进程的情况一下，一个进程退出之后不会立刻回收它的资源，而是保存等待它的父进程来查看它的退出的原因，在这个过程中的状态就成为僵尸状态。

来一个创建维持30秒的僵死进程例子：

#include 
#include 
int main()
{
     pid_t id = fork();
     if(id < 0)
     {
    	 perror("fork");
     }
     return 1；
	 else if(id > 0)
	 { //parent
	     printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
	     sleep(30);
	 }
	 else
	 {
	     printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
	     sleep(5);
	     exit(EXIT_SUCCESS);
   	 }
	 return 0;
}

僵尸进程危害

• 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，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！
• 会造成内存泄漏，因为开辟的空间得不到释放，就会造成内存泄漏。

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(操作系统下最大的一个进程)进程领养，当然要有init进程回收喽。

创建一个孤儿进程

#include 
#include 
#include 
int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id < 0){
		perror("fork");
		return 1;
	}
	else if (id == 0){//child
		printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
		sleep(10);
	}
	else{//parent
		printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
		sleep(3);
		exit(0);
	}
	return 0;
}

进程优先级

基本概念

• cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（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。

查看系统进程

在linux或者unix系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

• 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 and 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
• PRI值越小越快被执行，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，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值
• nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

PRI vs NI

• 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修正数据

查看进程优先级的命令

• top命令，可以查看进程的优先级
• 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

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