Linux：进程的状态理解

进程的理解

前面对于进程的学习进行了理解，但是没有进行系统的总结

对于用户来说，为什么要创建一个进程？
因为要完成某种任务，而前面又知道，进程=代码和数据+内核数据结构，对于操作系统来说，内核数据结构是利用PCB来进行控制的，在Linux中，PCB具体叫做task_struct，而前面对于task_struct的源码也做了部分阅读，但并没有进行其他分析

那么进程的这两部分内容，都会在内存中占用一定的空间，而这些空间并不是被一直占用，当到达某个程度后，进程已经完成了自己的任务，这些内存就会被释放掉，进而操作系统将会管理其他的进程，进而进行控制

**进程的退出：**进程的退出意味着，将要释放掉自己的代码和数据

那么现在的问题是，进程是如何将自己已经完成的目的告诉操作系统？，其实也是借助了内核数据结构的功劳，从中也能看出，操作系统要进行进程的管理，必定是要对进程的数据进行管理，也能看出，管理的本质是管理数据，借助内核数据结构，操作系统可以很轻松的对进程进行管理，至于如何管理后续进行总结

僵尸进程

僵尸进程的基本概念

那么现在的问题是，操作系统确实可以在PCB中做标记，对于已经完成目的的进程，可以进行代码和数据的释放了，因此此时代码和数据就被通过某种手段释放掉了，但是此时的进程还不算被真正退出，因为还有PCB还留存在内存中，这个PCB是操作系统需要维护的，原因是这个进程的退出情况还没有被读取，还有存在的意义和价值，因此操作系统必须要对处于这种状态的进程做维护，直到父进程或者是其他控制管理的模块知道，这个进程退出了，不再需要这个进程的任何数据，这个进程才叫做真正的退出，但是如果一直不进行读取呢？

操作系统对于这样的进程，给了它一个状态表示叫做z状态，也叫做僵尸状态，而处于僵尸状态的进程就叫做僵尸进程，而处于僵尸状态的进程如果一直没有被回收，它会保持这个状态吗，答案是肯定的，操作系统会一直维护这个PCB结构，直到被读取后才能被真正的释放，PCB的状态也会随之从z状态改变为x状态，意味着这个进程真正意义上走到头了，可以被释放了

僵尸进程是有危害的，如果一直不对僵尸进程进行回收，它就会一直占用计算机内存中的存储空间，这样的行为就被叫做内存泄漏

僵尸进程的演示

下面对于僵尸进程进行演示，模拟一个会产生僵尸状态的场景

场景的模拟也很简单，创建两个进程，一个进程是另外一个进程的子进程，如果子进程终止了，但是父进程还在运行，此时父进程就不会对子进程进行回收，此时就是僵尸进程

那么进程代码的编写

# 完成Makefile的编写
cc=gcc
src=myproc.c
target=myproc 

$(target):$(src)
	gcc -o $@ $^
.PHONY:clean
clean:
	rm -f $(target)

实现一个程序，完成上面的功能：

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t id=fork();
    if(id<0)
    {
        return 1;
    }
    else if(id>0)
    {
        // 父进程
        while(1)
        {
            printf("i am father\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else 
    {
        // 子进程
        int cut=5;
        while(cut--)
        {
            printf("i am child:%d\n",cut);
            sleep(1);
        }
        printf("child dead\n");
        exit(2);
    }
    return 0;
}

上面这个程序就是使用了前面的思想，创建一个子进程，如果返回值是负数说明创建失败，如果返回值是0说明是子进程，如果返回值是其他说明是父进程，此时让子进程死亡，但是父进程还在循环

创建监视脚本：

# 监视带有myproc的进程
while :; do ps ajx |head -1 && ps ajx | grep process|grep -v grep; sleep 1;echo "###################################"; done

此时运行结果：

# 当程序运行5s后的结果
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
24154  1126  1126 24154 pts/0     1126 S+    1003   0:00 ./myproc
 1126  1127  1126 24154 pts/0     1126 Z+    1003   0:00 [myproc] <defunct>

从上面可以看出是符合一开始的与其结果的，子进程编号是1127，而父进程的编号是1126，此时子进程死亡后，父进程依旧在运行，没有机会回收子进程，此时子进程所处的状态就是Z，也就是所谓僵尸进程

孤儿进程

前面的代码中可以看出，子进程结束后，父进程没有及时回收就会进入僵尸状态，但如果子进程还没结束，父进程就结束了呢？

#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id < 0)
    {
        return 1;
    }
    else if (id ==0)
    {
        // 子进程
        while (1)
        {
            printf("i am child\n");
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        // 父进程
        int cut = 5;
        while (cut--)
        {
            printf("i am father:%d\n", cut);
            sleep(1);
        }
        printf("father dead\n");
        exit(2);
    }
    return 0;
}

运行上面的程序，同时监视结果：

 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
24154 16031 16031 24154 pts/0    16031 S+    1003   0:00 ./myproc
16031 16032 16031 24154 pts/0    16031 S+    1003   0:00 ./myproc
###################################
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
    1 16032 16031 24154 pts/0    24154 S     1003   0:00 ./myproc

从中可以看出一个现象，当父进程结束后，发生了两件事，父进程被回收了，同时这个父进程的子进程的ppid变成了1，同时程序变为后台程序运行

从中就引入了孤儿进程的概念：当子进程的父进程直接退出了，那么子进程就要被领养，变成孤儿进程，这个ppid为1的进程被叫做是systemd initd进程

进程的优先级概念

什么是优先级？

优先级在实际的生产生活中也有具体的体现，比如在排队时，优先级高的可以优先获取到需要的资源，而在操作系统的层次上，对于进程也是如此，优先级高的进程，将会优先得到CPU分配的资源，而优先级高的进程还能够有优先执行的权利，配置进程的优先权对于Linux来说是很有用的，可以改善系统的性能

同时，也可以把进程运行到指定的CPU上，这样就能改善系统的整体性能

优先级的更改

在Linux中，进程的优先级的值是由pri(old)+nice值来决定的，也就是说，用户只能通过修改nice值来进行对于优先级值的更变，而不管如何更改，最终程序的优先级的值一定是在一个区间内的，这样是有好处的，后续进行理解

对于优先级的理解

程序的优先级，实际上本质上是因为资源的不足，这是很好理解的，CPU在同一个时刻只能处理很少的数据，但是在同一时刻会有很多很多的进程等待，因此如何对于这些进程进行调度是很重要的一件事，才有了优先级的概念

进程的优先级本质上就是PCB中的一个数值，数值的范围是60-99，默认的进程优先级的值是80

为什么要把优先级设定在一定的范围？

这是由于要让程序被操作系统调度的时候，可以较为均衡的让每一个进程都得到调度，都能获取到资源，而不是优先级特别高的一直获取资源，而优先级较低的长时间都得不到资源，如果进程长时间都得不到资源，会产生一个问题，这个就叫做进程饥饿

其他边缘化的概念理解

竞争性：对于系统重的进程是有很多很多的，而CPU资源一般只有1个，因此优先级的诞生，就是要高效的完成任务，更加合理的进行相关资源的分配

独立性：进程之间的运行是不会相互干扰的，它们需要进行独立的享受各种资源

并行：对于需要进行比较大的数据处理时，会有多个CPU同时进行运转，而这个过程就被叫做并行的概念

并发：对于多个进程在一个CPU上运行的时候，就一定会不断地进行进程切换，而在同一个时间内，让多个进程都得到推进，这个就被叫做并发