进程状态和进程优先级

---

一、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。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 */
};

1.运行状态R（Running）

定义：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。

我们用以下代码来测试一个无限循环向显示器输出的程序：

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
    while(1)
    {
        cout<<"running!"<<endl;
        
    }
    return 0;
}

这里我们看见R的后面有一个+号，这个+号代表它是一个前台进程。

2.睡眠状态S（Sleeping）

定义：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））

我们用以下这段代码来测试：

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
    int a=0;
    while(1)
    {
        a++;
        cout<<"running!"<<endl;
    }
    return 0;
}

检测程序状态如下：

运行并查看进程，当前进程状态处于 S，叫做睡眠状态，睡眠状态也是阻塞状态的一种。因为 cout 要访问显示器，显示器是外设的一种，外设有个特点就是相较于 CPU 比较慢，慢就要等待显示器就绪，等待就要花较长的时间。我们这个程序可能只有万分之一的时间在运行，其它时间都在休眠，站在用户的角度它是 R，但是对于操作系统来说它不一定是 R，它有可能在队列中等待调度。

​ 所以并不是每次测试的时候打印状态都能打出 S，只不过这个概率很高，因为这个状态是瞬间的，有可能那个瞬间是在执行代码而不是在等 IO就绪 ，所以有时候测试得到的状态可能是 R 。

3.磁盘休眠状态 D（Disk sleep）

定义：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。

上面的 S 状态也叫 浅度睡眠，进程可以被杀掉，这里的 D 状态叫做深度睡眠，表示该进程不会被杀掉，即便是操作系统也不行，只有该进程自动醒来才可以恢复或者给机器断电。

假设场景：进程A需要向磁盘写入10万条用户数据，这些数据对用户很重要。进程A 访问磁盘，等待磁盘写入数据，进程A 等待磁盘返回一个结果，数据是否写入成功，此时进程A 处于休眠状态S；此时突然内存空间不足了，挂起也无法解决内存空间不足的问题，操作系统会自主杀掉一些进程（特别是内存资源不用的，比如进程A），操作系统就把进程A 给杀掉了，造成了磁盘写入数据失败，磁盘给进程A 返回结果，发现进程A 没有应答，磁盘只能把这些数据丢弃，然后磁盘继续为其他进程提供服务。结果，这重要的 10万条数据皆丢失了。

​ 为了防止这种情况的发生，Linux 给进程设置了深度睡眠 (D) 状态，处于深度睡眠状态的进程既不能被用户杀掉，也不能被操作系统杀掉，只能通过断电，或者等待进程自己醒来

深度睡眠状态一般很难见到，一般在企业中做高并发或高IO的时候会遇到。

4.停止状态 T（stopped）

定义：可以通过发送 SIGSTOP (signal stop)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 (signal continue)信号让进程继续运行。

这里提到了信号，那么我们来介绍两个相关的信号（18号信号是继续，19号信号是暂停）：

我们发送19号信号，发现进程状态变为了T，可以看出 T 状态也是阻塞状态的一种，但是有没有挂起完全不知道，这是由操作系统自己决定的！

再发送18号信号，发现状态变为了S，而非S+，所以它变成了后台进程：

前台进程：可以被 [Ctrl]+c 杀掉的进程，命令行在这个终端可以起作用，S+ 的 + 号就是前台进程的意思
后台进程：无法被 [Ctrl]+c 杀掉的进程，命令行在这个终端也可以起作用，这个时候没有 + 号

5.追踪停止状态 t（tracing stop）

定义：追踪暂停状态t 是也是一种暂停状态，不过它是一种特殊暂停状态，表示该进程正在被追踪。比如在使用 gdb 调试打断点的时候，程序暂停下来的状态就是 t状态，这里就不细谈了！

6.死亡状态 X（dead）

定义：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。

死亡状态只是一个返回状态，当一个进程的退出信息被读取后，该进程所申请的资源就会立即被释放，该进程也一瞬间就不存在了，所以你几乎不会在任务列表当中看到死亡状态。

7.僵尸状态 Z（zombie）

我们创建一个进程的目的是为了让其帮我们完成某种任务，而既然是完成任务，进程在结束前就应该返回任务执行的结果，供父进程或者操作系统读取；所以进程退出的时候，不能立即释放该进程的资源，该进程要保存一段时间，让父进程或操作系统读取该进程的执行结果（保存一段时间是对于CPU 而言）

定义：僵尸状态 Z 就是进程退出时，该进程的资源不能立即被释放，该进程要保留一段时间，等待父进程或操作系统读取该进程结果的过程就叫僵尸状态。

• 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。
• 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

用以下代码来测试僵尸进程：

#include
#include
#include
using namespace std;

int main()
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid==0)
    {

        cout<<"child process->"<<getpid()<<" ppid->"<<getppid()<<endl;
        sleep(2);
        exit(-1);

    }
    else
    {
        cout<<"father process->"<<getpid()<<" ppid->"<<getppid()<<endl;
        sleep(20);
    }

    return 0;
}

状态变化如下：

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，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。因为数据结对象本身就要占用内存，比如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

8.孤儿进程

定义： 父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”，孤儿进程会被1号 init进程（有些版本高的叫做systemd）领养，由 init进程回收，1号进程就是操作系统。

我们用以下代码来测试孤儿进程：

//孤儿进程
int main()
{
    pid_t pid = fork();
    if(pid==0)
    {
        while(1)
        {
            cout<<"child process->"<<getpid()<<" ppid->"<<getppid()<<endl;
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        cout<<"father process exit!"<<endl;
        exit(-1);
    }
    return 0;
}

我们可以看到，子进程被1号进程领养，且进程状态由前台转为了后台。

二、进程优先级

对于优先级的理解：

• 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

其中这几个参数的含义如下：

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

如何判断一个进程的优先级呢？

1. 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
2. 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。

我们可以用top 命令来修改优先级：

• top
• 进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值