【Linux】进程的详讲(中下)---进程的状态

/*
* 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 */
};

我们接下来讲解主要的几个->:

📖8、查看进程状态(S状态)

新知识:

可中断睡眠（S 状态）：进程等待事件发生，期间可被信号唤醒。比如调用sleep函数的进程进入此状态，若收到信号，会被唤醒处理信号，然后决定是否继续执行或做其他操作。

想要查看进程状态，我们可以使用这样的命令->:

ps axj |head -1 ; ps axj | grep 可执行程序名称

先来看看下面这段代码执行起来后的进程状态

int main()                                                    
{                                                             
    while(1)                                                  
    {    
         printf("你好\n!");                                                           
    }    
    return 0;    
}

我们会发现，明明运行了啊，怎么显示的是S睡眠状态呢?

我们把输出去掉再看一看

可以发现，这次变成了运行状态，为什么?我明明两次都是运行啊

原因是，我们的CPU执行的速度是很快的，但是printf是要去调用显示器设备的，而显示器设备需要决定哪个进程先显示或者后显示，这就导致显示器设备像键盘一样也有一个等待队列，只不过具体功能不一样，所以相对于CPU来说，该进程的大部时间都在显示器的等待队列里等待显示设备就绪(因为CPU执行进程的速度远大于硬件)，因此最终查出来的进程状态是 S睡眠状态

当我们去掉 printf 之后，该进程就不会去访问显示器设备，始终都在运行队列里，所以最终查出来的进程状态是 R运行状态。

小Tips：查询结果中显示的+表示该进程在前台运行，这意味我们此时在 bash 命令行输指令是不会有任何反应的，可以在输入指令的后面加上&，此时表示让该进程在后台运行，要终止掉该进程只能通过指令kill -9 进程PID。

📖9、D磁盘休眠状态(Disk sleep)

D状态也是一种阻塞状态，在 Linux 系统层面我们称作深度睡眠，S状态称作浅度睡眠。浅度睡眠是可以被唤醒的，即可以响应外部的变化，我们可以通过 kill 指令（其他进程）将浅度睡眠的进程终止掉。下面通过一个情景剧来给大家介绍为什么要有 D 状态，以及 D 状态的作用。

当一个进程A要向磁盘中写入数据时，进程A向磁盘写入数据时，会发起系统调用，将数据从用户空间复制到内核空间的缓冲区，然后由内核负责将数据写入磁盘。在这个过程中，进程需要等待磁盘完成写入操作，因为它需要知道写入是否成功，以便进行后续的处理。而磁盘的写入速度相对较慢，与内存和 CPU 的速度存在较大差距，这就导致进程大部分时间都在休息。那么这时操作系统发现内存已经快满了！必须作出处理，恰好发现进程A正在空闲，于是操作系统为了保护内存防止内存中的进程全部崩溃，果断的给进程A杀掉了(关掉了)，这就会导致写入磁盘的数据没有全部写完，因为进程A都没了，往磁盘中传入的数据只传了部分，就导致了数据丢失

那么，这次事故的问题出现在谁?

操作系统吗?不，操作系统为了保护内存并没有错

进程A吗？不，进程A是在为了后续更稳定的数据处理

磁盘?磁盘就是个接收数据的它能干什么错

那么，人类搞了一个D状态，也就是不能被操作系统杀死。

当一个进程处于 D 状态的时候，它不会响应任何请求，任何人和操作系统都不能将该进程 kill 掉。

小Tips：结束掉 D 状态的方法有两种，一是等待某个条件满足，如等待数据写完，二是直接断电。如果被用户查到 D 状态的进程，那就预示着这个操作系统离崩溃不远啦(因为内存快满了)。所以 D 状态会有，但是一般出现的时间都非常短。

📖10、T/t 停止状态

在 Linux 内核源代码中我们可以看到连个 T 状态，一个是 T ，一个是 t，我们可以认为这两个 T 状态是一样的，对于一个进程，我们可以通过下面这条指令将它设置成停止状态。

kill -19 进程PID

停止状态顾名思义，就是将一个进程停止

可以通过下面这条指令来结束停止状态。

kill -18 进程PID//

小Tips：结束停止状态的进程会到后台运行，要终止掉这个进程只能通过 kill -9指令。T状态和S状态很像，其中S状态的进程一定是在等待某种特定条件，而T状态的进程可能是在等待某种特定条件，也可能是在被其他进程控制。我们在打断点调试一段代码的时候，该进程就会处于T状态。

📖11、僵尸进程

一个进程在退出时并不是立即将自己所有资源全部释放，当一个进程退出时，操作系统会把当前进程的各种信息维持一段时间，这个状态就叫做 Z 僵尸状态。

举个例子:维持信息是给关心它的“人”，也就是父进程来查看的。如果父进程一直没有来关心退出的子进程，那么这个子进程将长时间处于 Z 状态。

int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {    
        int cnt = 5;    
        while(cnt)    
        {    
            printf("我是子进程,PID是：%d,PPID：%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);                    
            sleep(1);    
            cnt--;    
        }    
       _exit(0);    
    }    
    else 
    {
        while(1)
        {
            printf("我是父进程,PID是：%d,PPID：%d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

上面这段代码在 process 进程中通过调用 fork 接口创建了一个子进程，子进程在执行完五次打印后就会被终止掉，其中的 exit 函数就是用来终止一个进程，父进程将一直运行。

可以看见，子进程结束后，父进程一直运行，父进程不结束就不会去看子进程的信息，所子进程就会一直处于僵尸状态

僵尸进程的危害

1. 进程的退出状态必须被维持下去，因为它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，那子进程就将一直处于 Z 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 PCB 对象中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护。

3. 一个父进程如果创建了很多的子进程，就是不回收，会造成内存资源的浪费，因为 PCB 对象本身就要占用内存。

4. 造成内存泄漏，因为进程的信息一直被维持着

📖12、孤儿进程

孤儿，顾名思义，就是没有父进程的子进程

上面我们是让子进程先退出，父进程一直运行，接下来我们让父进程先退出，子进程一直运行，看看会有什么结果。

int main()    
{    
    pid_t id = fork();    
    if(id == 0)    
    {
    	//子进程    
        int cnt = 500;    
        while(cnt)    
        {    
            printf("我是子进程,PID是：%d,PPID：%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);    
            sleep(1);    
            cnt--;    
        }    
       _exit(0);    
    }    
    else    
    {
    	//父进程    
        int cnt = 5;
        //这里的cnt是5，意味着父进程会先执行结束    
        while(cnt--)    
        {    
            printf("我是父进程,PID是：%d,PPID：%d,cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);
            sleep(1);                                                                        
        }    
    }    
    return 0;    
}