Linux进程（二）

---

进程（二）

前文我们知道了，传统的进程状态为：运行态、阻塞态、挂起，这是教科书上对于操作系统的进程状态描述，但是我们知道，不同的操作系统对于其自身的状态定义和描述是不同的，我们接下来看看Linux中的进程状态是分为哪几种？以及对于优先级的了解。

Linux的进程状态

我们先通过一段Linux的源码来了解一下，Linux有几种进程状态

/*
* 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 （running）运行态

运行态R，在前文已经很详细描述了，其进程的运行的流程，这里简单描述

将准备好运行的进程（实际上PCB即可）放在runqueue队列中，然后通过调度器来选取要将哪一个进程放在cpu上执行，当是时间片结束之后，就将该进程从cpu上拿下来，然后放在runqueue队列的队尾，再次排队，这就是依据时间片的轮转执行进程。

PCB排队，其对应的代码和数据，只有轮到该进程时候，才会调用。

PCB存在，进程就存在，控制一个进程就是控制其PCB

在Linux中R状态又分为两种表示形式，R和R+

区别：

R： 表示的是该进程在后台运行，此时我们只能通过kill -9 PID命令，或者是kill -19 PID来使得该进程结束或停止

R+：表示的是该进程在前台运行，此时我们在进程结束之前无法输入其他指令

选定执行方式：

./proc 默认前台运行proc进程

./proc & 默认后台运行proc进程

注意：如果程序运行需要I/O时，一般显示S+，表示阻塞状态，虽然先在进程是一直在运行，但是由于CPU处理数据太快，外设输入/输出太慢，导致进程大部分时间都是在等待，所以一般为S+

S （sleeping）阻塞状态

前文也对于阻塞状态做了详细的解释，我们这边也简单描述一下

当进程需要一定的外设输入/输出的时，也就是需要等待资源，这个时候进程并没有准备好被调用，会去找对应的外设，排队，实际上也是PCB排队，当得到资源之后，就会被唤醒，调到runqueue中，由阻塞态转换为运行态。

类型：

S+：表示的是前台，进程处于阻塞状态

S： 表示的是后台，进程处于阻塞状态

注意：此时的阻塞状态，为睡眠，是可以被唤醒的（等资源到位之后就被唤醒，转换成运行态）

D （disk sleep）深度睡眠

深度睡眠，此时进程阻塞，其对应的代码和数据是可以有可能被挂起的，而且处于当前状态是无法被唤醒，直到状态结束

D状态产生的原因：

责任判定：

进程：已执行自己的全部任务，且自己只是听从了操作系统的话，结束进程。

操作系统：为了大局着想，此时内存空间资源不足，得释放一些空间，以供其他进程使用，此进程此时比较空闲，我觉得是可以释放的，所以将其杀死，释放该进程，这是执行自己管理软硬件的能力，合理分配资源的职责。

硬盘：我也想反馈信息给进程，但是此时进程已经被杀死，我不知道这个资源到底是作何使用，我也有很多进程是要进行读写的，也需要空间来存储数据，对于该进程存储的数据，我只能按照规定，删除该数据，这是正常操作。

进程、操作系统、硬盘，都认为自己没有责任，而且陈词有理有据。所以应该不是某一部分的责任，应该是设计的问题。

如何解决该设计的问题呢？

我们要实现的目的是，只需要在进程等待磁盘写入完毕的期间，该进程不被任何人给杀掉即可

于是，我们加入的D（disk sleep）状态，磁盘睡眠，也就是深度睡眠状态，规定，处于该状态的进程不允许任何人来打扰，就算是操作系统也不行，在该状态无法被kill

总结：D状态表示进程正在等待某些资源的释放，通常是由于IO操作（如磁盘读写）过程中发生阻塞引起的。

D状态属于阻塞态，为深度睡眠，不可以被唤醒

S和D的区别：

1. S一定是在等待某一种资源，等待唤醒成为运行态
2. D可能是在等待某一种资源，也可能是正在被其他资源控制

T（stopped）状态

T状态，就是停止该进程，使得进程暂停运行，我们对于该状态有两种方法能实现

前台：

1. 对于前台运行的程序，我们可以使用ctrl+z来使得进程停止运行，从而转换成T状态
2. 对于前台运行的程序，我们可以使用kill -19 PID来使得进程停止运行，从而转换成T状态，通过kill -18 PID 来恢复运行

后台：

1. 对于后台运行的程序我们只能使用kill -19 和 kill -18的方法

注意：T和t都是表示进程停止运行，没有太大的差别，所以我们就不讲t状态了

X（dead）状态

X状态，表示的是该进程被杀死，这是一个瞬时状态，我们不好观察到

Z（zombie）状态

Z状态就是僵尸状态，在进程被杀死之前，会先进入Z状态，由父进程得到该进程保留的信息之后，才会交给X状态，从而结束进程

使用kill -9 PID 命令杀死进程，就是先Z然后再X

将进程已经死掉，但是此时没有父进程来进行获取该进程的返回信息，此时操作系统要一直保留该状态，称为Z状态

总结：

• 进程退出的时候，如果父进程没有主动回收子进程信息，子进程会一直让自己处于僵尸状态，就需要对于该进程的数据进行维护，进程基本信息存放在PCB中，所以要一直维护PCB进程的相关资源和代码数据信息，尤其的==task_struct结构体不能被释放==
• 僵尸进程使得内存一直被占用，无法释放（如果父进程一直不回收），那么会导致==内存泄漏==
• 僵尸状态的原因是，进程退出之前是需要告诉父进程，你交给我的任务我完成了没有，但是父进程一直没有获取子进程的结束信息，所以子进程要一直处于Z状态

那么就有人会讲，为什么./proc，结束后不会看到Z状态呢？

这是因为，被其父进程给接收信息，然后结束进程了，其父进程为bash，会主动在proc进程结束后回收信息，所以我们观察不到Z状态和X状态，然后proc进程就结束了

那么为什么bash不能处理proc的子进程呢？爷爷管孙子不行吗？

任何父进程只对于其子进程负责

僵尸进程

僵尸进程就是该程序运行之后，其子进程没有被父进程回收信息，使得子进程称为僵尸状态。

僵尸进程的代码为：

#include
#include

int main()
{

    printf("当前进程的PID为：%d , PPID为： %d\n",getpid(),getppid());
    pid_t id = fork();
    if(id==0)
    {
        //表示这是一个子进程
        int cnt=5;
        while(cnt--)
        {
            printf("子进程的PID为：%d , PPID为：%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }

    }
    else if(id>0)
    {
        //这是父进程
        while(1)
        {
            printf("父进程的PID为：%d , PPID为：%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;

}

僵尸进程的主要危害就是对于内存一直占用，且没有回收，导致内存泄漏。

因为需要维护该Z状态，就要维护其PCB（存储进程的基础信息），PCB不能被释放，PCB占据不少的空间。从而导致内存泄漏

孤儿进程

孤儿进程顾名思义就是父进程提前退出，而子进程还在运行，子进程为孤儿进程

父进程已经退出，被bash回收处理，子进程如果再想退出，怎么办？

父进程退出后，子进程会被1号进程(init/systemd)领养所以init/systemd来回收子进程

init和systemd是不同版本下1号进程的不同叫法

孤儿进程被操作系统所领养，1号进程init表示的是操作系统。

为什么不是bash领养呢？

因为任何进程之对于子进程进行回收，所以父进程由bash回收管理，所以孤儿进程不能被bash回收（父亲只管其自己儿子，不会管孙子），这是代码层面不允许，这个时候，操作系统根据其内核来回收

进程优先级

查看进程优先级的方法，ps -al 显示所有当前进程信息

优先级是指对于资源的访问，谁先访问，谁后访问，因为资源是优先的，进程是多个的，注定了，进程之间是竞争关系，所以操作系统必须保证大家良性竞争，确认优先级。

如果我们进程长时间得不到CPU资源，该进程的代码长时间无法得到推荐，就导致了该进程的饥饿问题。

所以优先级的存在，就是为了调度器能够更好的合理利用CPU资源，来公平调度不同的进程。

基本概念

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级

优先级高的进程有优先执行的权利，配置进程优先级对于多任务环境的Linux很有用，可能改善系统性能

可以将进程运行到指定的CPU上，这样不重要的进程放在其他CPU上，可以大大改善系统性能

主要的信息

1. UID：代表执行者的身份 （用户ID）
2. PID：当前进程的进程编号
3. PPID：当前进程的父进程的编号
4. PRI：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
5. NI：代表当前进程的nice值

优先级PRI，越小优先级级别越高，NI即nice值，是用来修正优先级数值

PRI（new）=PRI（old）+nice

默认PRI（old）= 80

当nice数值变小，PRI会变小，优先级会变高，便会很快被执行，所以调整进程优先级，实际上就是调整nice数值。

nice的数值范围为-20到19，一共40个级别

注意：实际上进程什么时候被运行，都是根据调度器来控制的，调整优先级，到底什么时候调度不确定，所以只能说是可能会改善系统性能

更改优先级

有多种方式可以更改优先级，也就是说有多种方式能更改nice数值。

以下方式来更改进程优先级

1. 对于进程使用nice 或者 renice指令进行更改nice数值，进而更改PRI数值。
2. root用户下，在top（任务资源管理器）中可以按 “ r ” ，之后输入进程PID，然后输入nice数值

注意：

1. root用户更改的nice范围为[-20,19]，非root用户的可更改的nice范围为[0,19]
2. 非root用户只能将nice越调越高，root用户随意
3. 非root用户，只能调自己进程的nice值，root用户随意

更改nice数值，如果输入大于或者小于[-20,19]这个范围，取极值

nice指令

用法：对于未执行的进程，在执行前输入nice -n + 指令（进程）

renice

语法：renice [number] PID

renice是对于已经运行的进程的nice数值进行更改，number表示输入新的nice数值

top更改nice

top可以显示当前的所有进程运行情况

只有root用户才有权利通过top来更改指定PID的nice数值

非root用户，top更改nice会有以下错误

优先级对于操作系统很重要，但是操作时候没有那么重要

操作系统是如何根据优先级，开展的调度呢？

基于Linux内核2.6的O(1)调度算法

主要是，我们通过优先级的加入对于runqueue的结构，再次了解调用进程的过程。

1. [100,139] 是基于时间片轮转，公平调度的进程，强调公平
2. [0,99] 是实时进程，强调及时响应，在当代操作系统中一般不会使用，但是某些需要实时进程的是需要的。