【Linux】进程状态

1.进程状态是什么？

2. 运行、阻塞、挂起状态

进程在 CPU 上运行的的本质：CPU 在系统内部维护一个调度队列，调度队列就是一个个的 task_struct。

1. CPU 运行一个进程的本质：并不是运行这个进程的代码和数据，而是运行进程对应的 task_struct 对象。task_struct 中的属性含有代码和数据的地址，通过地址可以找到对应 task_struct 的代码和数据。每一个进程都有对应的代码和数据。
2. 一个 CPU 只有一个调度/运行 队列（runqueue），类型：struct task_struct*。调度队列和全局双链表是两码事，task_struct 即属于调度队列，又属于全局双链表。

运行状态：进程在调度队列中，进程的状态就是运行状态。

阻塞状态：等待某种设备或者资源就绪，若不就绪，进程就不会被调度，就是阻塞状态（例如：当运行到 scanf 函数时，等待用户向键盘输入的本质：等待键盘硬件就绪，就是等待键盘按键按下。如果没有键盘按键按下，叫做键盘硬件不就绪，那么 scanf 无法读取数据）

1. 操作系统要对硬件资源做管理：先描述，再组织。

3.Linux进程状态

进程状态：通过宏定义在 task_struct 中的一个整数。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 */
};

t(tracing stop)：

4.查看进程状态

#每隔1秒查看进程myprocess
while : ; do ps axj | head -1; ps axj | grep myprocess; sleep 1; done

S睡眠状态（sleeping)：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）

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。

两种阻塞状态

1. S(sleeping)：睡眠状态。可中断休眠，浅睡眠。
2. D(disk sleep)：磁盘休眠状态。不可中断休眠，深度睡眠。

5.僵尸进程

X(dead)：死亡状态。进程死亡，释放 PCB、代码和数据。无法在任务列表中看到该状态。

Z(zombie)：僵尸状态。在子进程退出之后，在父进程获取子进程退出信息之前，子进程处于僵尸状态。子进程会一直等待父进程获取退出信息。

为什么有僵尸状态？为了获取退出信息！

1. 创建子进程的目的：让子进程完成某种事情！子进程退出（死亡）之后，最终完成的结果，父进程必须知道。
2. 子进程退出后，可以将子进程的代码和数据释放（子进程不会被调度了），但是子进程的 PCB 不能释放（退出信息保存在 PCB 中，父进程通过系统调用获得 PCB 中的退出信息，知道子进程是由什么原因退出的）
3. 在子进程退出之后，在父进程获取子进程退出信息之前，子进程处于僵尸状态。

模拟僵尸状态：利用 fork 系统调用创建父子进程，子进程退出后，父进程什么都不干（父进程没有获取子进程的退出信息），此时子进程一直是僵尸状态。

//myprocess.c源代码
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id == 0)
	{
		int count = 3;
		while (count)
		{
			printf("我是子进程，我正在运行：%d\n", count);
			sleep(1);
			count--;
		}
	}
	else
	{
		while (1)
		{
			printf("我是父进程，我正在运行!\n");
			sleep(1);
		}
	}
	return 0;
}

1. 如果父进程不管子进程（不获取子进程的退出信息），那么子进程或一直处于僵尸状态！
2. 而处于僵尸状态时：子进程的 PCB 会一直存在，则 PCB 会一直占用内存。父进程不获取子进程的退出信息，就导致内存泄漏。
3. 父进程除了要获取子进程的退出信息，还要释放子进程的 PCB，防止内存泄漏。

注意：

1. 进程退出后，内存泄漏就不存在了，操作系统会自动回收内存。
2. 平时我们使用的软件，一但运行就是死循环进程，除非手动关闭软件。该进程称为 “常驻内存” 进程（例如：操作系统）。常驻内存进程若存在内存泄漏，问题很严重。
3. 操作系统无法释放 PCB，因为子进程 PCB 中的退出信息要交给父进程，所以需要一直维护 PCB，不能直接释放。程序员需要解决这个问题。

关于操作系统内核结构申请的知识点：

• 当频繁的启动/退出进程时，为了减少申请内存的时间，操作系统拥有一套 slab 机制。当父进程获取子进程的退出信息之后，可以不用释放 PCB，而是将 PCB 存入到一个 PCB 列表中。当再次启动进程时，不用申请内存，只需使用列表中的 PCB 与代码和数据组成进程即可。

6.僵尸进程危害

1. 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，那子进程就一直处于僵尸状态。
2. 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，僵尸状态一直不退出，PCB就要一直都要维护。
3. 如果一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，则会造成内存资源的浪费。因为数据结构对象本身就要占用内存。

7.孤儿进程

思考：父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入僵尸状态的子进程之后，那该如何处理呢？

孤儿进程：在父子进程关系中，如果父进程先退出，子进程要被1号进程（操作系统）领养，被领养的子进程叫做 “孤儿进程”，孤儿进程由1号进程所回收。

模拟孤儿进程：父进程先退出，子进程继续执行。

//myprocess.c源代码
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>

int main()
{
	pid_t id = fork();
	if (id == 0)
	{
		while (1)
		{
			printf("我是子进程。pid：%d，ppid：%d\n", getpid(), getppid());
			sleep(1);
		}
	}
	else
	{
		int count = 3;
		while (count)
		{
			printf("我是父进程。pid：%d，ppid：%d\n", getpid(), getppid());
			count--;
			sleep(1);
		}
	}

	return 0;
}

问题：当父进程先退出时，为什么1号进程要领养子进程？

答案：如果不领养，当子进程退出后，没有父进程获取子进程的退出信息，子进程就一直处于僵尸状态，子进程的 PCB 已知占用内存导致内存泄露。领养之后，子进程就有父进程了，当子进程退出后，父进程可以获取子进程的退出信息，对子进程进行统一回收内存。这也是存在忽而进程的原因！

注意：

1. 父进程的父进程是bash，父进程退出后，退出信息由bash回收。
2. 孤儿进程时后台进程。无法使用Ctrl + c杀掉后台进程，后台进程或一直往前台打印消息。只能使用kill -9 进程id杀掉后台进程。