进程状态究竟是什么?在Linux操作系统中具体存在哪些进程状态?

简介: 进程状态究竟是什么?在Linux操作系统中具体存在哪些进程状态?

前言

 进程状态就是PCB中的一个字段(通俗来讲,就是PCB中的一个变量),进程状态反映进程执行过程的变化。这些状态随着进程的执行和外界条件的变化而转换。

 进程状态在操作系统中分为为:新建状态、就绪状态、阻塞状态、挂起状态以及结束状态。但在每一款具体的操作系统中,进程状态多存在差异,并非完全对应。

 为此本篇博客将分别介绍理论进程状态、在Linux操作系统中的进程状态有哪些!

一、操作系统中的进程状态

 在操作系统层面上,进程状态分为以下5类:新建状态、就绪状态、运行(执行)状态、阻塞状态、以及终止状态(还有挂起状态)。

 在操作系统中存在运行队列、等待设备的等待队列等等队列。而进程的状态的本质就是更改进程中pcb -> status指向的整型变量、并将进程的pcb链入不同的队列中

1.1 运行状态

 在计算机中,为了更好的进行进程调度,操作系统会为每一个CPU维护一个运行队列。所有将来需要被CPU调度的进程都会被链入该运行队列中。对于早期的计算机而言,只有进程被加载到CPU中时,进程状态才被称为运行状态。但在现在的计算机中,只有进程在CPU的运行队列中,此时进程的状态就被称为运行状态。(现代计算机中创建状态、就绪状态、执行状态以及区分不大了)

1.2 阻塞状态和唤醒

 当CPU在运行进程时,有些程序需要访问其他资源(比如:网卡、显卡、键盘等等)。以键盘为例,当程序中存在scanfcin等操作时,程序需要从键盘上读取我们输入的数据。如果我们此时不输入任何东西,此时表明设备中的数据没有就绪(更直接的说,当前进程要访问的数据没有就绪)。此时操作系统会将该进程的PCB从运行队列中移到该设备队列的等待队列中,此时进程的状态称为阻塞状态。

 当设备中的数据就绪后,OS会将等待队列中的进程重新移会运行队列中,该过程被称为进程唤醒!!

1.3 挂起状态

 当一个进程被堵塞时,该进程无法被调度。如果此时操作系统的资源以及严重不足时,操作系统会将该进程的代码和数据都转移到磁盘的Swap分区。当进程被转移到磁盘中时,此时进程的状态称为挂起状态!当进程杯调度时,操作系统会将对应的代码和数据重新加载到内存中。

  1. Swap分区的大小普遍为内存的1~2倍左右。不能设置过大,否则当系统内存不足时,OS会过度依赖Swap分区,导致大量内存和磁盘间的IO操作,大大降低计算机的运行速度!!
  2. 当内存不足时,所有进程状态为阻塞状态的进程都有可能会置换到磁盘Swap分区。

二、Linux操作系统中具体进程状态

Linux中的进程状态种类

下面时Linux内核中进程状态的描述:

/*
* 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 */
};

下面我们来一一介绍每种进程状态究竟是什么!

2.1 R运行状态(running)

 R运行状态并不意味着进程一定在CPU中运行,进程只需在CPU中或运行队列中即可。

 下面我们在code.c源文件中写入一个死循环,然后通过Makefile/make编译后,通过脚本监视该进程看看进程的状态变化!

【code,c源文件】:

#include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 
 int main()
 {
     while(1)
     {
         printf("hello Linux\n");
     }
     retunrn 0;
 }

【进程监控脚本】:博主源文件编译形成的目标文件为mybin,各位可将脚本中的mybin替换成各自的目标二进制文件。

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

【动画展示】:

在动画展示中,我们发现进程运行时,进程状态尽然是S+(其实还有个别情况中会出现R+,博主试不出就只剪了一小段)。至于为啥绝大部分进程状态为S+,原因在于S状态是一种阻塞状态,在源文件中存在向外设输出信息的过程,此时外设不一定装备好了,因此进程切换到堵塞。(+表示为前台进程,后续介绍)

如果我们将源文件code.c中向外设输出的语句去掉即可看到进程状态为R+

【code.c源文件】:

#include <stdio.h>
 #include <unistd.h>
 
 int main()
 {
     while(1)
     {}
     retunrn 0;
 }

【动画展示】:

2.2 前台进程、后台进程

 在2.1中我们在动画展示中发现进程状态后面带+,该符号表示当前进程为前台进程,前台进程在程序运行时无法执行其他指令,并且可以通过ctrl c来结束进程。

 在运行文件后&,此时进程为后台进程。后台进程可以在程序运行时执行其他指令,但操作系统无法将该进程杀掉(即无法通过ctrl c来结束进程)。只能通过kill -9 进程PID来杀掉该进程!

【前台进程动画展示】:

【后台进程动画展示】:

 实际上,编译器调式就是18) SIGCONT19) SIGSTOP两者信号间相互转化来控制的。

2.3 S睡眠状态 、D磁盘休眠状态

 睡眠状态,是意味着进程在等待事件完成。S时一种浅度睡眠,可以被终止。(即上面动画展示中通过Ctrl c终止进程)

 磁盘休眠状态,有时候也叫不可中断睡眠状态,是一种深度睡眠。该状态主要体现在操作系统向磁盘中写入重要关键数据时,防止数据丢失,在这个状态的进程通常会等待IO的结束。(如果此时操作系统内存不足,并且当前进程正在向磁盘写入数据;此时该进程的状态改为堵塞状态,操作系统可能会将该进程直接杀掉,找出数据丢失)

2.4 Z 僵尸状态

2.5 T停止状态

 在Linux中存在很多进程信号,可以通过kill -l指令查看!

 T停止状态(stopped): 可以通过发送 SIGSTOP 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 信号让进程继续运行

tips:前台进程被stopped停止后会变成后台进程!!

【动画展示】:

2.6 X死亡状态

 X死亡状态(dead):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。


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