Linux------进程状态
前言
在之前，我们学习了Linux为什么要有PCB-----冯诺依曼体系结构与操作系统，先描述，在组织。使用PCB将系统中的资源组织起来，方便操作系统和用户进行管理访问。还学习了Linux中进程的创建和fork操作，现在我们来讲一讲实际的PCB中的重要字段-------进程状态。
一、教材中的状态
在很多关于操作系统的教材，我们都可以看到下面这张图，我们能大概知道操作系统的状态有哪一些，做了什么事，但这样也确实会很抽象，如果可以结合具体的操作系统来谈进程状态，就能帮助我们更好理解。
其实这些进程状态，本质上就是PCB中的一个字段，或者说一个变量
#define NEW 1 // 新建
#define RUNNING 2 // 运行
#define BLOCK 3 // 阻塞
struct PCB
{
//其他变量
int status;//状态变量
};
操作系统对pcb状态的操作就类似于 pcb->status = NEW 这种，后续就可以通过判断状态的情况，来将进程放入运行队列、阻塞队列或其他队列、链表中里。
创建状态和终止状态不必多说，就绪状态和执行状态可以统称为运行状态，阻塞状态分为一般阻塞和挂起阻塞。我们今天主要学习运行，阻塞，挂起这三个状态。
1.运行状态
在我们磁盘中写的程序，执行时会被加载到内存里，操作系统创建PCB将他描述组织起来，当该程序准备资源就绪后，就会被加载到运行队列，CPU会根据运行队列的排队情况，来处理运行中的进程。
我们引出结论：并不仅仅是纸面上的正在运行的进程状态才是运行状态，而是只要在运行队列里的进程，它的状态都是运行状态。
就是说进程已经准备好了，可以随时被CPU调度运行了。
2.阻塞状态
再学习阻塞状态之前，我们得先了解一个事情，我们的代码中，一定或多或少会访问系统的资源，比如磁盘、键盘、网卡等硬件设备。
我们可能会对文件进行写入，可能需要键盘读取数据，可能需要下载某些任务。
这里最好查看的例子就是通过scanf或者cin进行输入，本质上就是我们需要从键盘中读取数据，当我还没输入的时候，进程需要的资源还没就绪，进程代码也就无法向后运行。
比如下面这个代码
运行之后就会等待键盘输入，此时进程状态就是阻塞状态。
操作系统管理的本质是先描述，再组织，进程有PCB，底层硬件也有相应的设备结构体，存放着设备类型（是什么设备），设备状态（设备是否可以使用）等属性，同时还有一个进程的等待队列，进程排队着等待设备的就绪。此时，该等待队列里的进程状态都是阻塞。
我们知道，操作系统中有非常多的队列，如运行队列，设备等待队列等等。
进程状态变化的本质就是
1.更改pcb中 status整数变量
2.将PCB链入不同的队列中
比如，我需要从键盘中读取数据，目前用户还没输入，资源还没就绪，我将该进程的PCB链入键盘设备的等待队列里，同时将该PCB的status 改成阻塞状态。
等到用户输入结束，键盘资源就绪，再将该进程的PCB链入运行队列，同时将该PCB的status 改成运行状态，让CPU进行调度运行。这就是进程状态的变化。
这些所有的过程，都只和进程的PCB有关，和进程的的代码数据没有关系。
3.挂起状态
如果一个进程当前被阻塞了，注定这个进程在它所等待的资源没有就绪的时候，是无法调度的，如果此时，恰好操作系统内的内存资源已经严重不足了，该怎么办？
此时可以将进程将在内存中的进程数据置换到外设。直到该进程需要的资源就绪后，再将数据置换回来，这是针对所有阻塞进程
虽然这样会使得操作系统变慢，但是比起操作系统受不了要挂掉，慢一点是可以接受的，更重要的是让操作系统继续执行下去。
在我们装系统的时候，一般都有一个swap分区，操作系统内需要交换的数据会被交换到这里。
这种操作被称之为阻塞挂起，是阻塞的一种特殊情况。
二、linux中的进程状态
在linux 内核2.6版本中，我们看到进程的状态如下。
| R（running） | 运行 |
| S（sleeping） | 睡眠 |
| D（disk sleep） | 磁盘睡眠 |
| T（stopped） | 暂停 |
| T（tracing stop） | 追踪暂停 |
| Z（zombie） | 僵尸 |
| X（dead） | 死亡 |
实际上的进程状态，与我们教材上的状态差别还挺大的，也不是教材中说错了，只是实际跟理论的区别。
1.运行状态
我们写一个死循环程序，如下
还有下面这个在命令行输入的持续监测脚本，目的是在每隔一秒钟查询 mytest 进程的状况。
while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mytest | grep -v "grep"; sleep 1; echo "###################"; done下面是运行图片，我们发现右侧的监视脚本，状态绝大部分都是S+（“+”号会在后面提到，目前不要管），R+只出现了极少次。这是为什么呢？
我们知道S是睡眠状态， 等同于前面所讲到的一种阻塞状态。R是运行状态，这样的结果似乎有点出乎意料，这是因为我们不要以人的感知去感知计算机，现在的计算机运行速度非常快，打印的本质是从内存里将数据刷新到显示器上，当需要将数据往显示器上刷新时，显示器不一定是准备好的。
显示器才能刷新多少次，我CPU分分钟上亿次，这完全是不对等的。操作系统一直在将进程从运行队列放到等待队列，又从等待队列放到运行队列，这才构成了我们看见的结果。
如果想看到一直处于运行状态，也很简单，将代码的打印去掉，不要去做 I/O 。
这样就一直都是R（运行状态）。
前台进程
一般情况下，我们的进程都是前台进程，这样的进程无法在命令行上进行其他指令的输入，但是可以被ctrl+c 终止掉，此时查询状态带了“+”号。
后台进程
后台进程与前台进程相反，输入命令可以显示，ctrl+c终止不了进程，状态后面也不会有“+”号，我们在后台运行进程只需要在 ./可执行程序 后面 + “&” 即可。
2.浅度睡眠状态
S（sleeping）：睡眠状态，浅度睡眠，可以被终止，浅度睡眠会对外部的信号做出响应。
在上面我们也有所了解，就不多赘述了。
3.磁盘睡眠状态
D（disk sleep）：也是睡眠状态，深度睡眠，是专门对于磁盘来设计的。
讲个小故事：
现在有一个进程，进程中的数据有1个GB，我想将这些数据写入到磁盘当中，磁盘的速度并不快，在开始慢慢的写入，无论成功还是失败，最后都会反馈给操作系统，此时由于进程PCB并不在CPU的运行队列里，而是在磁盘的队列中，因此进程会将自己设置为S（sleeping）状态，如果此时操作系统负荷很大，内存严重不足了（Linux在是在没办法的时候，会通过杀掉进程来节省资源），操作系统发现还有个S状态的进程在这悠哉悠哉的睡眠，他一怒之下就将该进程杀死掉了，于是，程序无法继续执行，后续数据全没了，写入也无法继续下去了，程序就挂掉了。
在这个故事中，操作系统没有问题，他太忙了，内存完全不够用了，就得将某些进程给杀死掉（比如有些时候游戏的闪退）。
进程也没问题，我搁着好好的，都把我杀死了还要我怎样。
磁盘也不粘锅，因为你叫我干活，我干了呀，突然我工具没了（进程终止了，数据没后续了），我也没办法呀。
如果发生这样的问题，资料不重要还好，如果资料特别重要，比如是用户的存款记录，发生了这样的事情，数据全部丢失，直接寄了，这肯定不行。
于是进程状态推出了D（disk sleep），专门针对磁盘设计了深度睡眠，该进程不可被杀掉。操作系统也没资格。
当然我们一般情况下也是看不见D状态的，因为D状态出现的时候，操作系统已经很忙了，离挂掉不远了，哪里还能让用户看见。
4.停止状态
我们在命令行输入 kill -l 可以查看关于进程的信号列表，之前我们就是使用的 kill -9 杀掉进程，今天我们还要学习 -18 SIGCOUT 进程继续 和 -19 SIGSTOP 进程暂停这两个信号。
我们可以输入kill -19 + 进程pid 来暂停该进程，同时也看到进程状态变成了T。
此时我们输入 kill -18 + 进程pid 可以将暂停的进程继续执行。
现在我们知道如何暂停了，那我们为什么要暂停呢？
在进程访问资源的时候，可能暂时不让进程进行访问，但进程有些比较重要的数据，也不能杀掉，因此可以将进程设置为STOP状态
5.追踪停止状态
t（trace stop），追踪停止状态，在我们gbd调试的时候，打了断点，然后运行，进程停止在断点处，此时的状态为t。这就相当于我们在调试时，操作系统会一直执行 kill -19 暂停进程，还有kill -18 继续进程这种操作。其实T和t不分家，都是暂停操作，只不过t是调试遇到断点的暂停。
停止状态和追踪停止状态其实都算是之前我们提到的阻塞状态，他等待的东西跟睡眠状态有点小区别，等待的不是硬件，而是用户的指令。
6.死亡状态
X（dead），死亡状态，这个状态很好理解，就是进程终止了，PCB也没了，我们通过脚本监视基本上也看不到。
7.僵尸状态
当一个进程死亡的时候，他并不会立即释放该进程的数据，而是要等一下再结束。此时的状态就是僵尸状态。
讲个小故事：
一个程序员张三，在敲代码的时候突然一趟，整个人趴在桌子上了，一动不动了，叫他也没有反应，这个咋办，只能打120电话救一救呀，120的人一来，发现人已经不行了，他们叫110来处理后续事宜，警察一来，叫大家都走开，并把现场封锁了，叫上法医来判断张三的死因，采集完周围所有相关信息，最后才会抬走张三等。
在医院判断张三死亡直到警察叫法医来采集信息这段时间，张三已经死亡了，但是人还没被带走，这个状态就被叫做僵尸状态。
直到张三被抬走送火葬场，这才叫做死亡状态。
对于进程而言，进程终止了，但是此时PCB信息不能被立刻释放，退出信息会由操作系统写入到当前进程的PCB中，可以允许进程的代码和数据空间被释放，但是不允许进程的PCB被立刻释放，操作系统还得收集这些信息，检查该进程为什么终止，是否完成了他的任务。
收集什么信息我们先不讨论，但我们需要知道，操作系统一般会让退出进程的父进程去搜集信息。这样就通过操作系统或者父进程，读取退出进程PCB中的退出信息，得到子进程退出的原因。比如我们C语言main函数经常会 return 0。这样就知道程序是正常退出的。在进程收集完信息这段时间内，该进程的状态叫做僵尸状态。
父进程或者操作系统读取完信息后，PCB状态先被改成X状态，才会被释放。
如果一个进程Z状态了，但是父进程就是不回收它，PBC就会一直存在，这样会导致内存泄漏！
下面代码通过fork调用创建进程，子进程运行5秒停止，父进程一直运行，看看这样如何回收？
我们运行看看效果，依然使用如下代码监测
while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep mytest | grep -v "grep"; sleep 1; echo "###################"; done通过两个进程的PID和PPID，我们能很轻易的发现谁是父进程谁是子进程，同时当子进程死亡的时候，右边监测窗口看到子进程状态为Z，后面COMMAND那一行多了个defunct（死者），子进程当前状态已经是僵尸状态了，只不过还没有人回收他。
我们修改一下代码，让子进程一直运行，父进程运行5秒退出看看又是什么情况
我们发现父进程被bash回收了，由于子进程的父进程死亡，他没有了父亲，操作系统来接管了子进程，同时进程从前台进程变成了后台进程。
由此也可以看出，父进程不对孙子进程负责，他只管自己的子进程，因此bash回收父进程就够了，你的儿子我管不了，操作系统去管吧。
同时像这种父进程死亡，子进程还在的进程，我们称之为孤儿进程。 孤儿进程被操作系统领养了