进程状态变迁

1. 进程的几种状态描述

进程是动态的活动的实体，指的是进程会有很多种运行状态，一会运行、一会睡眠、一会暂停、一会又继续执行，下图展示了Linux进程从创建到被回收的全部状态，以及这些状态发生转化的条件

1. “蛋生”：从“蛋生”可以看到，一个进程的诞生是其父进程调用fork()开始的
2. TASK_RUNNING：进程刚被创建出来时，处于TASK_RUNNING状态，从上图可以看到处于该状态的进程可以是正在进程队列中等待排队，也可以占用CPU正在运行，我们习惯上称前者为就绪态，后者为执行态。当进程状态为TASK_RUNNING且占用CPU运行（执行态）时才是真正的运行
3. 就绪态：刚被创建的进程处于就绪态，等待系统调用，内核中的shed()称为调度器,它会根据各种参数选择一个处于就绪态的进程来执行，进程占用CPU之后就可以真正的运行了，但是运行的时间有个限制，比如20ms，这段时间称为时间片，时间片耗完之后，如果此时进程还没结束，那么该进程重新进入就绪态。另外，处于执行态的进程即使占用的时间片没有耗完，也可能被更高级别的进程抢占CPU（进程抢占），该进程被迫进入就绪态
4. 睡眠态/挂起态：进程处于执行态时，可能会由于某些IO资源的不可获取而被置为**“睡眠态/挂起态”，比如进程要读取一个管道文件，而管道文件数据为空，或者进程要获取一个资源锁而不可得，或者进程自己调用睡眠函数sleep()来强制自己挂起，这些都会使得进程装填变为TASK_INTERRUPIBLE或TASK_UNINTERRUPIBLE,它们的区别是后者跟某些硬件设置相关，在睡眠期间不可以响应信号，因此TASK_UNINTERRUPIBLE被称为深度睡眠**，而TASK_UNINTERRUPIBLE是可以响应信号的。当进程所等待的资源变得可获取时，进程状态会被重置为TASK_RUNNING或者就绪态
5. 暂停态：当进程收到SIGSTOP或者SIGTSTP中的一种信号时，状态会被置为TASK_STOPPED，此时称为“暂停态”，该状态下的进程不参与调度，但系统资源不释放，直到收到SIGCONT信号时，状态置为就绪态
6. 僵尸态：进程死亡的状态有许多种，可以是寿终正寝，也可以是被异常杀死。比如图中，main函数调用return或者调用exit，包括在线程中调用pthread_exit等都是正常退出，而收到信号被异常杀死属于异常退出。不管进程怎么死亡，最终都会调用内核的do_exit()函数来使得进程变成僵尸态（EXIT_ZOMBIE，进程已经死亡，但是占用的资源没有释放），这里的“僵尸”指的是进程的PCB（进程控制块）。为什么进程都结束了，还留下僵尸呢？因此父进程可以从“尸体”中得到子进程的死亡信息（比如，退出码等）
7. 死亡态：父进程调用wait()或者waitpid()来查看子进程的“死亡信息”，顺便将子进程的状态由僵尸态（EXIT_ZOMBIE）变为死亡态（EXIT_DEAD）,处于死亡态的进程，PCB才能被系统回收

2. 进程状态的代码示例

以下示例代码，综合展示了如何正确使用fork()/exec()函数簇、exit()/_exit()和wait()/waitpid()。程序的功能是：父进程产生一个子进程，让子进程去执行程序child_elf，并且等待它的退出（可以用wait()阻塞等待，也可以用waitpid()非阻塞等待），子进程退出（可以正常退出，也可以异常退出）后，父进程获取子进程的退出状态后打印出来

子进程执行的程序child_elf.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char**argv){
    printf("I am child_elf...\n");
    #ifdef ABORT
        abort();        //自己给自己发送一个致命信号SIGABRT
    #else
        exit(7);        //正常退出，且退出值为7
    #endif
}

父进程程序wait.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdbool.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>
#include <errno.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/wait.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char**argv){

    pid_t pid = fork(); //创建子进程
    if(0 == pid){   //子进程，执行程序child_elf
        execl("./child_elf", "child_elf", NULL);
    }

    if(pid > 0){    //父进程，使用wait()阻塞等待子进程的退出
        int status;
        wait(&status);
        if(WIFEXITED(status)){  //判断子进程是否正常退出
            printf("Child exit normally, exit value is %d\n", WEXITSTATUS(status));
        }
        if(WIFSIGNALED(status)){   //判断子进程是否被信号杀死
            printf("Child killed by signal, signal is %d\n", WTERMSIG(status));
        }
    }
    return 0;
}

代码执行结果