摘要：本章我們將認(rèn)識幾種進(jìn)程狀態(tài)——運(yùn)行狀態(tài)、休眠狀態(tài)、暫停狀態(tài)、退出狀態(tài)等。還要介紹兩種具有慘烈身世的僵尸進(jìn)程與孤兒進(jìn)程~

本文分享自華為云社區(qū)《僵尸進(jìn)程？孤兒進(jìn)程？為什么他有如此慘烈的身世...》，作者： 花想云 。

(資料圖)

認(rèn)識進(jìn)程狀態(tài)

Linux中進(jìn)程狀態(tài)一般有：

R（運(yùn)行狀態(tài)）：并不意外著真正的在運(yùn)行（指正在被CPU調(diào)度）；S（休眠狀態(tài)）：進(jìn)程在等待獲取某種資源，此狀態(tài)還被稱為可中斷休眠；D（磁盤休眠狀態(tài)）：在這個狀態(tài)的進(jìn)程也是在休眠，但是不可被中斷，因此又稱過該狀態(tài)為不可中斷休眠；T（暫停狀態(tài)）：可以通過發(fā)送 SIGSTOP 信號給進(jìn)程來停止進(jìn)程。這個被暫停的進(jìn)程可以通過發(fā)送 SIGCONT 信號讓進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行。X（死亡狀態(tài)）：這個狀態(tài)只是一個返回狀態(tài)，你不會在任務(wù)列表里看到這個狀態(tài)；Z（僵尸狀態(tài)）：當(dāng)一個子進(jìn)程沒有被父進(jìn)程“回收”，該進(jìn)程就會處于僵尸狀態(tài)；

下面為這些狀態(tài)在kernel源代碼中的定義：

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};

如何查看進(jìn)程狀態(tài)輸入指令：

ps axj | head -n1 && ps axj | grep myprocess | grep -v grep

接下來我們就依次來看各種狀態(tài)是什么模樣吧~

R狀態(tài)引例

當(dāng)你在電腦上同時運(yùn)行很多程序，例如你敲代碼的時候，還聽著某個軟件播放的歌曲，或者在瀏覽器之間來回切換。請問此時這些所有的應(yīng)用都在CPU運(yùn)行嗎？

答案是，并不是這樣的。

在CPU進(jìn)行工作的時候，會存在一個進(jìn)程運(yùn)行的隊列。隊列維護(hù)的內(nèi)容是一個個task_struct結(jié)構(gòu)體的指針（上一章中講到了task_struct為進(jìn)程描述符）。在該隊列中維護(hù)的進(jìn)程都處于R狀態(tài)，且等著被CPU所調(diào)度。

如何觀察

寫下一段簡單的代碼：

#include#includeint main(){ while(1) { printf("hello myprocess\n"); } return 0;}

在運(yùn)行該程序之后，查看該進(jìn)程的狀態(tài)如圖所示：

問題又來了，為什么在該程序執(zhí)行時，并沒有看到所謂的R狀態(tài)呢？答案是，由于CPU運(yùn)算速度太快了，我們基本很難看到R狀態(tài)。該進(jìn)程死循環(huán)的在屏幕上打印hello myprocess。我們都知道此時的屏幕是一種外設(shè)，而CPU的計算速度相比較外設(shè)的訪問速度根本不在一個量級。所以，該進(jìn)程死循環(huán)的在屏幕上打印內(nèi)容，有99.9%的時間都在訪問外設(shè)，剩下的時間是CPU在做計算。在進(jìn)程訪問外設(shè)的時候，CPU并不會傻傻的原地等待，而是轉(zhuǎn)頭卻做別的事，當(dāng)該進(jìn)程訪問外設(shè)成功后，CPU再對它進(jìn)行調(diào)度。

那么有什么辦法等看到R狀態(tài)呢？我們將上面的代碼略作修改：

#include#includeint main(){ while(1) { //printf("hello myprocess\n"); } return 0;}

如上圖所示，當(dāng)我們不再訪問外設(shè)，而是只不停地做重復(fù)的運(yùn)算，此時CPU會一直被調(diào)度，就能看到R狀態(tài)了。

S狀態(tài)與D狀態(tài)S狀態(tài)

S狀態(tài)稱為休眠狀態(tài)。一個進(jìn)程好端端地為什么要休眠呢？難道是因為運(yùn)行太久累到了嗎？當(dāng)然不是這樣。休眠狀態(tài)本質(zhì)是一種阻塞。

阻塞：進(jìn)程因為等待某種資源就緒而表現(xiàn)出的不推進(jìn)的狀態(tài)。

例如，當(dāng)一個進(jìn)程運(yùn)行到一半，需要從磁盤上獲取很大的一塊數(shù)據(jù)，那么就要花費(fèi)較久的時間。此時OS的處理方式是，讓該進(jìn)程繼續(xù)等待它要的數(shù)據(jù)，但是要求你不能在等待資源的時候還占用著CPU，于是該進(jìn)程就被OS安排到某個地方進(jìn)行等待，這時該進(jìn)程就處于S狀態(tài)。

如何觀察

#include#includeint main(){ while(1) { int n = 0; scanf("%d",&n); printf("%d\n",n); } return 0;}

如上圖所示，當(dāng)進(jìn)程等待用戶從鍵盤上輸入的數(shù)據(jù)時，它就處于睡眠狀態(tài)。

D狀態(tài)

D狀態(tài)也是一種休眠狀態(tài)，但是它又有個名字叫做磁盤休眠狀態(tài)或者不可中斷休眠。那么如何看待S狀態(tài)與D狀態(tài)的區(qū)別呢？

首先我們得清楚一般什么情況下進(jìn)程會發(fā)生中斷。當(dāng)一個進(jìn)程偷偷地地干一些壞事，此時用戶想停止該進(jìn)程，那就要向該進(jìn)程發(fā)送一個中斷信號，該進(jìn)程就被“殺”掉了。

在一些情況下，不需要用戶自己動手，OS自己就能“殺”掉某些進(jìn)程。例如，當(dāng)內(nèi)存資源非常緊張甚至危險到了整個系統(tǒng)的安全時，OS就會“殺”掉一些不太重要的進(jìn)程。

就比如某個進(jìn)程因為在等待數(shù)據(jù)而進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時被OS發(fā)現(xiàn)了，內(nèi)存這么緊張你還在這睡懶覺？叉出去！好嘛，進(jìn)程被叉出去了。此時數(shù)據(jù)被讀到一半，結(jié)果當(dāng)事人沒了。這些數(shù)據(jù)只能被舍棄，不然誰找到剛剛那個進(jìn)程投胎之后還能不能找到“我“。

這些被舍棄的數(shù)據(jù)若是一些無關(guān)緊要的數(shù)據(jù)也就罷了，丟就丟了。但若是什么機(jī)密文件那豈不是壞了大事了？所以，為了避免將某些不能中斷的進(jìn)程被OS誤殺掉了，可讓該進(jìn)程處于不可被中斷休眠狀態(tài)即D狀態(tài)。此時該進(jìn)程休眠時終于不怕被打擾了，但是，各退一步，我換個地方睡，不然我怕你急眼。于是該進(jìn)程休眠時，就在相對寬闊的磁盤當(dāng)中去休眠了。

T狀態(tài)

T狀態(tài)稱為停止?fàn)顟B(tài)，非常好理解，就是讓某個進(jìn)程暫停一下。例如在調(diào)試時，我們設(shè)置了幾個斷點。當(dāng)進(jìn)程在該斷點處停下來時，該進(jìn)程就處于暫停狀態(tài)。

如何觀察

方法一

#include #includeint main() {  while(1)  {  //printf("hello myprocess\n");  int n = 0;  scanf("%d",&n); printf("%d\n",n);  } return 0;}

當(dāng)我們在第9行打上斷點并運(yùn)行后，程序停到了斷點的位置。此時查看進(jìn)程狀態(tài)如下圖所示：

注意：t也是一種暫停狀態(tài)。有時候也被叫做追蹤狀態(tài)。

方法二

我們可以通過給進(jìn)程發(fā)送暫停的信號使進(jìn)程進(jìn)入暫停狀態(tài)。編輯如下代碼：

#include #includeint main() {  while(1)  {  printf("hello myprocess\n");  } return 0;}

當(dāng)程序開始運(yùn)行后，此時向進(jìn)程發(fā)送暫停的信號：

$ kill -19 （進(jìn)程PID)

此外，我們還可以發(fā)送繼續(xù)的信號讓該進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行：

$ kill -18 （進(jìn)程PID）

注意

進(jìn)程繼續(xù)在運(yùn)行了。但是我們發(fā)現(xiàn)有一個地方好像和之前不一樣了，S后面是不是一直有一個+號來著？我們也不知道+是干嘛的，只知道他現(xiàn)在好像消失了。

“+” 代表在前臺運(yùn)行，沒有”+“表示在后臺運(yùn)行；

之前我們在終止一個程序時，習(xí)慣使用Ctrl + c ，但是現(xiàn)在好像對于后臺在運(yùn)行的進(jìn)程失效了，此時我們需要掌握一條新的指令來”殺掉“進(jìn)程：

$ kill -9 （進(jìn)程PID)

或者，

$ kill -9 （進(jìn)程PID)

X狀態(tài)與Z狀態(tài)X狀態(tài)為退出狀態(tài)是一個瞬時狀態(tài)不易觀察，暫且認(rèn)為它不重要；Z狀態(tài)被稱為僵尸狀態(tài)。顧名思義，一個進(jìn)程死了（退出了）但沒有”收尸“，就成了”僵尸“。具體一點，當(dāng)一個進(jìn)程退出時如果它的父進(jìn)程沒有讀取到該進(jìn)程退出時返回的退出狀態(tài)碼，該進(jìn)程就會變成僵尸進(jìn)程。

概念有點多，先來理一理。首先什么是退出狀態(tài)碼？在一段C語言程序中，我們經(jīng)常要在main函數(shù)結(jié)束時寫一句代碼——return 0; 。這個0就是退出狀態(tài)碼，但并不僅僅是0，還可以是1，2，3…

如何看到僵尸進(jìn)程？

接下來我們就寫一段代碼看看僵尸進(jìn)程：

#include #includeint main() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { while(1) { printf("我是子進(jìn)程，我在運(yùn)行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); } } else if(id > 0)  { while(1) { printf("我是父進(jìn)程，我在運(yùn)行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); } } return 0;}

當(dāng)我們運(yùn)行程序后，能看到程序正常的在運(yùn)行；

此時當(dāng)我們執(zhí)行指令將子進(jìn)程”殺“掉，子進(jìn)程就會變成僵尸進(jìn)程；

$ kill -9 （子進(jìn)程PID)

其中我們能看到一個英文單詞——defunct就是僵尸的意思。

僵尸進(jìn)程的危害維護(hù)退出狀態(tài)本身就是要用數(shù)據(jù)維護(hù)，也屬于進(jìn)程基本信息，所以保存在task_struct(即PCB)中，換句話說，Z狀態(tài)一直不退出，PCB一直都要維護(hù)。一個父進(jìn)程創(chuàng)建了很多子進(jìn)程，就是不回收，就會造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)。因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象本身就要占用內(nèi)存。

僵尸進(jìn)程是有危害的，當(dāng)然我們也可以避免它，這就需要在下一章節(jié)中提到了。

孤兒進(jìn)程

當(dāng)父進(jìn)程活著，子進(jìn)程提前掛掉，容易造成僵尸進(jìn)程。那如果父進(jìn)程提前掛掉，子進(jìn)程又該何去何存呢？這就是我們接下來要講的孤兒進(jìn)程了。

如何看到孤兒進(jìn)程

編輯如下代碼：

#include #includeint main() { pid_t id = fork(); if(id == 0) { while(1) { printf("我是子進(jìn)程，我在運(yùn)行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); } } else if(id > 0)  { while(1) { printf("我是父進(jìn)程，我在運(yùn)行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid()); sleep(1); } } return 0;}

運(yùn)行該程序，我們使用kill命令”殺“掉父進(jìn)程，此時再來查看進(jìn)程信息：

如上圖所示，子進(jìn)程發(fā)生了兩個變化。一是子進(jìn)程的PPID，二是子進(jìn)程變?yōu)樵诤笈_運(yùn)行了。

如何理解

當(dāng)子進(jìn)程的父進(jìn)程掛掉之后，子進(jìn)程會被1號進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)。該進(jìn)程也被稱為孤兒進(jìn)程。

那么為什么要進(jìn)行領(lǐng)養(yǎng)呢？

答案是，找一個人為自己收尸。不然當(dāng)哪一天自己突然掛掉，沒人為自己收尸那么就會變成為禍人間的僵尸進(jìn)程了。

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