进程的状态
一、linux的进程查看 一般使用 ps -aux 来看
- linux的进程有几个关键的信息
- pid: 进程的id
- ppid:该进程的父进程id
- stat:状态 —— R、S、D、T、Z
- command:产生该进程的命令
二、linux的进程状态
- 主要状态为STAT列的值的第一个字母
- R(Running):该进程正在运行
- S(Sleep):正在睡眠等待唤醒的进程
- D:不可中断的睡眠,一般都是等待IO
- T(Stopped):停止状态,可能是后台暂停或者traced状态
- Z(Zombie):僵尸状态,进程已经结束了,但是删不掉
- I (idle):空闲状态
- 附加状态信息
- <:high-priority (not nice to other users) —— 高优先级
- N:low-priority(nice to other users)—— 低优先级
- L:has pages locked into memory (for real-time and custom IO) —— 正在运行
- s:is a session leader —— 某个session的管理进程
- l:is multi-threaded (using CLONE_THREAD, like NPTL pthreads do) —— 多线程
- +: is in the foreground process group —— 处于前台进程组
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三、linux进程状态 详解
- R (task_running) : 可执行状态
- 只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态,这些进程的task_struct结构(进程控制块)被放入对应CPU的可执行队列中(一个进程最多只能出现在一个CPU的可执行队列中)。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU上运行。
- 很多操作系统教科书将正在CPU上执行的进程定义为RUNNING状态、而将可执行但是尚未被调度执行的进程定义为READY状态,这两种状态在linux下统一为TASK_RUNNING状态。
- S (task_interruptible): 可中断的睡眠状态
- 处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生(比如等待socket连接、等待信号量),而被挂起。这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时(由外部中断触发、或由其他进程触发),对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。
- 通过ps命令我们会看到,一般情况下,进程列表中的绝大多数进程都处于task_interruptible状态(除非机器的负载很高)。毕竟CPU就这么一两个,进程动辄几十上百个,如果不是绝大多数进程都在睡眠,CPU又怎么响应得过来。
- D (task_uninterruptible): 不可中断的睡眠状态
- 与task_interruptible状态类似,进程处于睡眠状态,但是此刻进程是不可中断的。不可中断,指的并不是CPU不响应外部硬件的中断,而是指进程不响应异步信号。
- 绝大多数情况下,进程处在睡眠状态时,总是应该能够响应异步信号的。但是uninterruptible sleep 状态的进程不接受外来的任何信号,因此无法用kill杀掉这些处于D状态的进程,无论是”kill”, “kill -9″还是”kill -15″,这种情况下,一个可选的方法就是reboot。
- 处于uninterruptible sleep状态的进程通常是在等待IO,比如磁盘IO,网络IO,其他外设IO,如果进程正在等待的IO在较长的时间内都没有响应,那么就被ps看到了,同时也就意味着很有可能有IO出了问题,可能是外设本身出了故障,也可能是比如挂载的远程文件系统已经不可访问了.
- 而task_uninterruptible状态存在的意义就在于,内核的某些处理流程是不能被打断的。如果响应异步信号,程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程(这个插入的流程可能只存在于内核态,也可能延伸到用户态),于是原有的流程就被中断了。
- 在进程对某些硬件进行操作时(比如进程调用read系统调用对某个设备文件进行读操作,而read系统调用最终执行到对应设备驱动的代码,并与对应的物理设备进行交互),可能需要使用task_uninterruptible状态对进程进行保护,以避免进程与设备交互的过程被打断,造成设备陷入不可控的状态。这种情况下的task_uninterruptible状态总是非常短暂的,通过ps命令基本上不可能捕捉到。
- 我们通过vmstat 命令中procs下的b 可以来查看是否有处于uninterruptible 状态的进程。 该命令只能显示数量。
- In computer operating systems terminology, a sleeping process can either be interruptible (woken via signals) or uninterruptible (woken explicitly). An uninterruptible sleep state is a sleep state that cannot handle a signal (such as waiting for disk or network IO (input/output)).
When the process is sleeping uninterruptibly, the signal will be noticed when the process returns from the system call or trap.
-- 这句是关键。 当处于uninterruptibly sleep 状态时,只有当进程从system 调用返回时,才通知signal。 - A process which ends up in “D” state for any measurable length of time is trapped in the midst of a system call (usually an I/O operation on a device — thus the initial in the ps output).
Such a process cannot be killed — it would risk leaving the kernel in an inconsistent state, leading to a panic. In general you can consider this to be a bug in the device driver that the process is accessing.
- T(task_stopped or task_traced):暂停状态或跟踪状态:
- 向进程发送一个sigstop信号,它就会因响应该信号而进入task_stopped状态(除非该进程本身处于task_uninterruptible状态而不响应信号)。(sigstop与sigkill信号一样,是非常强制的。不允许用户进程通过signal系列的系统调用重新设置对应的信号处理函数。)
- 向进程发送一个sigcont信号,可以让其从task_stopped状态恢复到task_running状态。
- 当进程正在被跟踪时,它处于task_traced这个特殊的状态。“正在被跟踪”指的是进程暂停下来,等待跟踪它的进程对它进行操作。比如在gdb中对被跟踪的进程下一个断点,进程在断点处停下来的时候就处于task_traced状态。而在其他时候,被跟踪的进程还是处于前面提到的那些状态。
- 对于进程本身来说,task_stopped和task_traced状态很类似,都是表示进程暂停下来。
- 而task_traced状态相当于在task_stopped之上多了一层保护,处于task_traced状态的进程不能响应sigcont信号而被唤醒。只能等到调试进程通过ptrace系统调用执行ptrace_cont、ptrace_detach等操作(通过ptrace系统调用的参数指定操作),或调试进程退出,被调试的进程才能恢复task_running状态。
- Z (task_dead - exit_zombie):退出状态,进程成为僵尸进程:
- 在Linux进程的状态中,僵尸进程是非常特殊的一种,它是已经结束了的进程,但是没有从进程表中删除。太多了会导致进程表里面条目满了,进而导致系统崩溃,倒是不占用其他系统资源。
- 它已经放弃了几乎所有内存空间,没有任何可执行代码,也不能被调度,仅仅在进程列表中保留一个位置,记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集,除此之外,僵尸进程不再占有任何内存空间。
- 进程在退出的过程中,处于TASK_DEAD状态。在这个退出过程中,进程占有的所有资源将被回收,除了task_struct结构(以及少数资源)以外。于是进程就只剩下task_struct这么个空壳,故称为僵尸。
- 之所以保留task_struct,是因为task_struct里面保存了进程的退出码、以及一些统计信息。而其父进程很可能会关心这些信息。比如在shell中,$?变量就保存了最后一个退出的前台进程的退出码,而这个退出码往往被作为if语句的判断条件。
- 当然,内核也可以将这些信息保存在别的地方,而将task_struct结构释放掉,以节省一些空间。但是使用task_struct结构更为方便,因为在内核中已经建立了从pid到task_struct查找关系,还有进程间的父子关系。释放掉task_struct,则需要建立一些新的数据结构,以便让父进程找到它的子进程的退出信息。
- 子进程在退出的过程中,内核会给其父进程发送一个信号,通知父进程来“收尸”。 父进程可以通过wait系列的系统调用(如wait4、waitid)来等待某个或某些子进程的退出,并获取它的退出信息。然后wait系列的系统调用会顺便将子进程的尸体(task_struct)也释放掉。
- 这个信号默认是SIGCHLD,但是在通过clone系统调用创建子进程时,可以设置这个信号。
- 如果他的父进程没安装SIGCHLD信号处理函数调用wait或waitpid()等待子进程结束,又没有显式忽略该信号,那么它就一直保持僵尸状态,子进程的尸体(task_struct)也就无法释放掉。
- 如果这时父进程结束了,那么init进程自动会接手这个子进程,为它收尸,它还是能被清除的。但是如果如果父进程是一个循环,不会结束,那么子进程就会一直保持僵尸状态,这就是为什么系统中有时会有很多的僵尸进程。
- 当进程退出的时候,会将它的所有子进程都托管给别的进程(使之成为别的进程的子进程)。托管的进程可能是退出进程所在进程组的下一个进程(如果存在的话),或者是1号进程。所以每个进程、每时每刻都有父进程存在。除非它是1号进程。1号进程,pid为1的进程,又称init进程。
linux系统启动后,第一个被创建的用户态进程就是init进程。它有两项使命:
1、执行系统初始化脚本,创建一系列的进程(它们都是init进程的子孙);
2、在一个死循环中等待其子进程的退出事件,并调用waitid系统调用来完成“收尸”工作;
init进程不会被暂停、也不会被杀死(这是由内核来保证的)。它在等待子进程退出的过程中处于task_interruptible状态,“收尸”过程中则处于task_running状态。
5.1 Unix/Linux 处理僵尸进程的方法:
- 找出父进程号,然后kill 父进程,之后子进程(僵尸进程)会被托管到其他进程,如init进程,然后由init进程将子进程的尸体(task_struct)释放掉。
除了通过ps 的状态来查看Zombi进程,还可以用如下命令查看:
[oracle@rac1 ~]$ ps -ef|grep defun
oracle 13526 12825 0 16:48 pts/1 00:00:00 grep defun
oracle 28330 28275 0 May18 ? 00:00:00 [Xsession]
5.2 僵尸进程解决办法:
(1)改写父进程,在子进程死后要为它收尸。
具体做法是接管SIGCHLD信号。子进程死后,会发送SIGCHLD信号给父进程,父进程收到此信号后,执行 waitpid()函数为子进程收尸。这是基于这样的原理:就算父进程没有调用wait,内核也会向它发送SIGCHLD消息,尽管对的默认处理是忽略,如果想响应这个消息,可以设置一个处理函数。
(2)把父进程杀掉。
父进程死后,僵尸进程成为"孤儿进程",过继给1号进程init,init始终会负责清理僵尸进程.它产生的所有僵尸进程也跟着消失。如:
kill -9 `ps -ef | grep "Process Name" | awk '{ print $3 }'`
其中,“Process Name”为处于zombie状态的进程名。
(3)杀父进程不行的话,就尝试用skill -t TTY关闭相应终端,TTY是进程相应的tty号(终端号)。但是,ps可能会查不到特定进程的tty号,这时就需要自己判断了。
(4)重启系统,这也是最常用到方法之一。
- X (task_dead - exit_dead):退出状态,进程即将被销毁
- 进程在退出过程中也可能不会保留它的task_struct。比如这个进程是多线程程序中被detach过的进程。或者父进程通过设置sigchld信号的handler为sig_ign,显式的忽略了sigchld信号。(这是posix的规定,尽管子进程的退出信号可以被设置为sigchld以外的其他信号。)
- 此时,进程将被置于exit_dead退出状态,这意味着接下来的代码立即就会将该进程彻底释放。所以exit_dead状态是非常短暂的,几乎不可能通过ps命令捕捉到。
四、进程状态在linux中的转变说明
- 进程的初始状态:
- 进程是通过fork系列的系统调用(fork、clone、vfork)来创建的,内核(或内核模块)也可以通过kernel_thread函数创建内核进程。这些创建子进程的函数本质上都完成了相同的功能——将调用进程复制一份,得到子进程。(可以通过选项参数来决定各种资源是共享、还是私有。)
- 那么既然调用进程处于task_running状态(否则,它若不是正在运行,又怎么进行调用?),则子进程默认也处于task_running状态。
- 另外,在系统调用调用clone和内核函数kernel_thread也接受clone_stopped选项,从而将子进程的初始状态置为 task_stopped。
- 进程状态变迁:
- 进程自创建以后,状态可能发生一系列的变化,直到进程退出。而尽管进程状态有好几种,但是进程状态的变迁却只有两个方向——从task_running状态变为非task_running状态、或者从非task_running状态变为task_running状态。
- 也就是说,如果给一个task_interruptible状态的进程发送sigkill信号,这个进程将先被唤醒(进入task_running状态),然后再响应sigkill信号而退出(变为task_dead状态)。并不会从task_interruptible状态直接退出。
- 进程从非task_running状态变为task_running状态,是由别的进程(也可能是中断处理程序)执行唤醒操作来实现的。执行唤醒的进程设置被唤醒进程的状态为task_running,然后将其task_struct结构加入到某个cpu的可执行队列中。于是被唤醒的进程将有机会被调度执行。
而进程从task_running状态变为非task_running状态,则有两种途径:
1、响应信号而进入task_stoped状态、或task_dead状态;
2、执行系统调用主动进入task_interruptible状态(如nanosleep系统调用)、或task_dead状态(如exit系统调用);或由于执行系统调用需要的资源得不到满足,而进入task_interruptible状态或task_uninterruptible状态(如select系统调用)。
显然,这两种情况都只能发生在进程正在cpu上执行的情况下。