进程状态

查看进程的状态

可以使用ps aux或者ps axj命令查看进程的状态

不同进程的状态

进程有很多的不同的状态,在kernel源代码中是这样定义的

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运行状态

这里并不是指进程一直在运行，而是指进程在运行队列中，可随时被CPU调度

模拟实现:

• S睡眠状态

这种状态是一种浅度睡眠，此时的进程是在被阻塞的状态中，等待着条件的满足过后进程才可以运行。在这种状态下可以被信号激活，也可以被信号杀死。

模拟实现:

可以使用sleep() 系统调用接口使得一个进程睡眠

#include <stdio.h>
int main()
{
    while (1) 
    {
      printf("hello world\n");
        sleep(100); // 睡眠100秒
    }
    return 0;
}

• D磁盘休眠状态

这种状态是一种深度休眠状态，是不可以被大段的,在这种状态下即使是操作系统发送信号也不可以杀死进程，只能等待进程自动唤醒才可以。

模拟实现:

这种情况没法模拟，一般都是一个进程正在对IO这样的外设写入或者读取的时候,为了防止操作系统不小心杀掉这个进程,所以特地创建出一个状态保护这个进程。

总结:我们把从运行状态的task_struct放到等待队列中，就叫做挂起等待(阻塞)，从等待队列放到运行队列，被COU调度就叫做唤醒进程!!!

• T停止状态

可以通过发送SIGSTOP信号让进程停下

模拟实现

1. kill -SIGSTOP PID // 停止进程
2. kill -SIGSONT PID // 继续进程

• x死亡状态

进程停止执行，进程不能投入运行。通常这种状态发生在接受到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGOUT等信号的时候。

模拟实现

可以使用kill -9 PID即可杀死一个进程

• Z僵死状态

后面详细讲解

孤儿进程

孤儿进程的概念

一个父进程退出,而它的一个或多个子进程还在运行,那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。

孤儿进程会产生危害嘛?

孤儿进程是没有父进程的进程，孤儿进程这个重任就落在了init进程身上，init进程就好像是一个民政局,专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候，内核就把孤儿进程的父进程设置为init,而init进程会循环地wait()它的已经退出地子进程。这样，当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期地时候，init进程就会代表党和政府出现处理它地一切善后工作,因此孤儿进程并不会有什么危害。

模拟实现:

模拟实现让父进程比子进程提前退出。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t pid;
    //创建一个进程
    pid = fork();
    //创建失败
    if (pid < 0)
    {
        perror("fork error:");
        exit(1);
    }
    //子进程
    if (pid == 0)
    {
        printf("I am the child process.\n");
        //输出进程ID和父进程ID
        printf("pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
        printf("I will sleep five seconds.\n");
        //睡眠5s，保证父进程先退出
        sleep(5);
        printf("pid: %d\tppid:%d\n",getpid(),getppid());
        printf("child process is exited.\n");
    }
    //父进程
    else
    {
        printf("I am father process.\n");
        //父进程睡眠1s，保证子进程输出进程id
        sleep(1);
        printf("father process is  exited.\n");
    }
    return 0;
}

运行结果:

父进程退出后，子进程被1号init进程收养。

僵尸进程

为什么会出现僵尸进程?

任何一个子进程(除init外)在exit()之后，并非马上消失，而是留下一个称为僵尸进程的数据结构,等待父进程处理。这是每个子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit之后,父进程并没有来得及处理，这时用ps命令就能看到子进程的状态时"Z“。如果父进程能及时处理，可能用PS命令就来不及看到子进程的僵尸状态，但这并不等于子进程不经过僵尸状态.如果父进程在子进程结束之前退出，则子进程由init接管。

僵尸进程的概念

僵尸进程:一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程地状态信息,那么子进程地进描述符仍然保存在系统种，这种进程称之为僵死进程。

僵尸进程的危害

进程已经结束了，但是进程控制块PCB却还是没有被释放，这时就会浪费这一块资源空间。所以会导致操作系统的内存泄漏。

如何消灭僵尸进程?

例如有个进程，它定期的产生一个子进程，这个子进程需要做的事情很少，做完它该做的事情之后就推出了，因此这个子进程的生命周期很短，但是父进程只管生成新的子进程,至于子进程退出之后的事，则一概不问,这样系统运行上一段时间，系统就会存在很多僵死进程。倘若用ps命令查看的话，就会看到很多状态为Z的进程。严格来说，僵死进程并不是问题的根源,罪魁祸首是产生大量僵死进程的那个父进程。因此，当我们寻求如何消灭系统中大量的僵死进程时，答案就是把产生大量僵死进程的那个元凶枪毙掉(也就是通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号)。枪毙元凶进程后，它产生的僵死进程就变成了孤儿进程，这些孤儿进程会被init进程接管，init进程会wait()这些孤儿进程，释放他们占用的系统进程表中的资源。

模拟实现:

模拟实现让子进程比父进程提前退出。

#include <stdio.h>    
#include <stdlib.h>    
#include <unistd.h>    
int main()    
{    
    pid_t pid = fork();    
    if (pid == 0) {    
        int count = 5;    // 子进程运行5次
        while (count --) {    
            printf("I am a child, pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());    
            sleep(1);    
        }    
        exit(0);    
    } else {              // 父进程一直运行
        while (1) {    
            printf("I am a father, pid=%d, ppid=%d\n", getpid(), getppid());    
            sleep(1);    
        }    
    }
    return 0;    
}

可以使用shell脚本监控

while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test | grep -v grep; sleep 1; echo "############"; done

运行结果

进程状态转化

进程优先级

进程优先级的概念

进程优先级的定义

进程优先级为进程获取CPU资源分配的先后顺序，即进程的优先权,优先级高的进程可以优先执行的权力。

程优先级的意义

之所以会存在进程优先级，是因为cpu本身的资源分配是有限的，一个cpu一次只能run一个进程，但是一个操作系统中可能会有成千上百的进程，所以需要存在进程优先级来确定每一个进程获得cpu资源分配的顺序。

查看进程优先级

在linux或者unix系统中，用ps -al或者ps -l命令则会类似输出以下几个内容:

其中我们来了解几组关于进程优先级的相关信息

• UID：执行者的身份，用户标识符
• PID：进程的编号
• PPID：进程的父进程的编号
• 其中我们来了解几组关于进程优先级的相关信息
• UID：执行者的身份，用户标识符
• PID：进程的编号
• PPID：进程的父进程的编号

PRI和NI

PRI和NI是一组对应的概念。NI的取值会影响到PRI的最终值。

PRI代表进程被CPU执行的先后顺序,并且PRI越小进程的优先级越高。NI代表nice值，表示进程的优先级的修改数值。所以两者之间有一个计算公式:(new)PRI=(old)PRI+NI。

注意:

• PRI在系统中默认初始化为80
• NI的取值范围为-20~19,一共40个级别
• 当NI值为负值，那么该程序将会优先级值变小，即其优先级会变高，则其越快被执行。

例如:

默认进程的PRI为80，当前的nice值为10，所以最终的PRI为90.

总结:在linux环境下，我们一般说调整进程的优先级,就是在调整nice值。nice值决定性的影响到进程优先级。

更改nice值

通过top命令更改nice值

• 使用top命令后，按r键，要求你输入需要更改进程优先级的进程PID
• 输入需要更改进程优先级的进程PID

• 输入你想要更改后的nice值，按回车键即可

• 当然还有很多方法去更改nice值，这里不做过多讲解，感兴趣的同学可以去查查相关知识。

进程相关概念

• 竞争性： 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级。
• 独立性：多个进程运行，需要独享各种资源，多个进程运行期间互不干扰。
• 并发：多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间内，让多个进程都得以推进，称之为并发，所以两个并发的进程之间在执行之间上有重叠的部分。
• 并行：多个进程在多个CPU下同时运行，称之为并行。

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