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？

水深无声 2024-04-06 15:44 79阅读 0赞

#### 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
 *  一、操作系统中的进程状态
 *   *  1.1 运行状态
     *  1.2 阻塞状态和唤醒
     *  1.3 挂起状态
 *  二、Linux操作系统中具体进程状态
 *   *  Linux中的进程状态种类
     *  2.1 R运行状态（running）
     *  2.2 前台进程、后台进程
     *  2.3 S睡眠状态 、D磁盘休眠状态
     *  2.4 Z 僵尸状态
     *  2.5 T停止状态
     *  2.6 X死亡状态

## 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！

![在这里插入图片描述][a02f428937bd49f79db41d1732c0924e.png]

### 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）  
![在这里插入图片描述][e6c8fba67fa54875bacfe862b8ac2461.png]

### 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`scanf`或`cin`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！！

![在这里插入图片描述][83005a992f154b6cab427274451d4659.png]

### 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][Swap]。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】：  
![请添加图片描述][c8f503d8fbe74db48c9609a87fc5bc99.gif]  
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】：  
![请添加图片描述][5c2bd604ae484261b2914c2381a47cc2.gif]

### 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】：  
![请添加图片描述][d391287dadf843f096afd700118c597c.gif]  
【后台进程动画展示】：  
![请添加图片描述][10a5d730da2b4371a18cb1354b07500b.gif]  
 实际上，编译器调式就是`18) SIGCONT` 、`19) 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！

![在这里插入图片描述][ebc7902158bc45309e7879b0cfd74820.png]

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】：  
![请添加图片描述][300aea744b8c4cf6896cb609eaacedb0.gif]

### 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。

[a02f428937bd49f79db41d1732c0924e.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/3edfbdb5eee94af59a14e4c8fd18cb44.png
[e6c8fba67fa54875bacfe862b8ac2461.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/26de88a161a7405e82d1c18699ec293a.png
[83005a992f154b6cab427274451d4659.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/85916485e74b450597ce4e8dc0066db7.png
[Swap]: https://baike.baidu.com/item/Swap%E5%88%86%E5%8C%BA/7613378
[c8f503d8fbe74db48c9609a87fc5bc99.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/5278e58695734906ae507f9da29b18a6.gif
[5c2bd604ae484261b2914c2381a47cc2.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/f3a3be121a76407d9458aa63ce08e08f.gif
[d391287dadf843f096afd700118c597c.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/852bb497a3f84ec3b8d6be4b76502aee.gif
[10a5d730da2b4371a18cb1354b07500b.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/9601a77adada402091e0629bc154d5d0.gif
[ebc7902158bc45309e7879b0cfd74820.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/ea81e1d60c1447be8603052ed7770b8d.png
[300aea744b8c4cf6896cb609eaacedb0.gif]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/06/c8c5010497ea4a90bf1deb3e38297901.gif