Linux - 进程概念(进程状态、优先级)

1.进程状态

操作系统中进程有多种状态模型

三态模型

进程状态分为 就绪态，执行态，阻塞态。

就绪(Ready)状态：指进程已处于准备好运行的状态，即进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行。

执行(Running)状态：指进程已获得CPU，其程序正在执行的状态。

阻塞(Block)状态：正在执行的进程由于发生某事件，暂时无法继续执行的状态，亦即进程的执行受到阻塞。

五态模型

五态模型中增加了创建和终止状态

2.Linux下的进程状态

阻塞：进程等待某种资源就绪的过程
进程因为等待某种条件就绪，而导致的一种不推进的状态(进程卡住了)，阻塞一定实在等待某种资源。
为什么阻塞？
进程要通过等待的方式，等具体的资源被别人用完之后，在被自己使用。

挂起：其实也是一种阻塞态，挂起状态后，进程的代码和数据放到了磁盘中，等需要被使用时，再从磁盘中取到内存中

看看Linux内核源代码怎么说

为了弄明白正在运行的进程是什么意思，我们需要知道进程的不同状态。一个进程可以有几个状态（在Linux内核里，进程有时候也叫做任务）。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 */
};

R运行状态（running）: 并不意味着进程一定在运行中，它表明进程要么是在运行中要么在运行队列 里。

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 （interruptible sleep)。

D磁盘休眠状态（Disk sleep）有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的 进程通常会等待IO的结束。

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。

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。

R运行状态（running）:

进程只要是R状态，就一定是在CPU上运行吗？ 不是！

并不直接代表进程再运行，而代表该进程再运行队列中排队。

传统意义上新建态、就绪态在Linux中就是R状态

下面来看一个例子：

代码1：含printf

printf 本质就是向外设打印消息，循环打印的过程中外设不会一直处于运行状态，所处理的代码在等待队列中（CPU执行速度非常快）

代码2：不含printf

没有printf后，CPU就不需要等待外设打印字符，CPU一直处于判断while语句，所以CPU一直处于R状态！

S睡眠状态（sleeping)：

可中断休眠，本质就是一种阻塞状态

等待scanf输入，如果一直不输入，就一直阻塞

D磁盘休眠状态（Disk sleep）：

有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束。

D状态下，操作系统都无法杀死该模式下的进程

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。

kill -19 进程PID //暂停进程

kill -18 进程PID //继续进程

为什么Ctrl+C后，还在运行？

Ctrl+C发送了一个SIGINT信号给进程，这个信号通常被用来终止进程。但是，进程在S状态下，是处于可中断状态的，也就是说，如果有一个信号到来，它是可以被打断的，但是如果这个进程正在等待的事件没有发生，它会一直等待下去，即使收到SIGINT信号也无法立即退出。这时候，只能等待这个进程等待的事件发生或者等待被取消，才能使它从S状态中退出。

如果需要强制停止一个S状态的进程，可以使用kill命令，向进程发送SIGKILL信号。但是，这种操作可能会对系统造成一些不良影响，因此应该谨慎使用。

kill -9 PID

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

3.Z(zombie)-僵尸进程：

僵死状态（Zombies）是一个比较特殊的状态。

当进程退出并且父进程没有读取到子进程退出的返回代码时就会产生僵死(尸)进程

僵死进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直在等待父进程读取退出状态代码。 所以，只要子进程退出，父进程还在运行，但父进程没有读取子进程状态，子进程进入Z状态

举个例子：

一个人突然死亡，普通人不会对现场进行清理，而是报警等警察和法医对该人进行信息的采集，之后才清理现场。

其中，某人充当的角色是进程、警察和法医充当的角色的父进程或者操作系统。

通过代码来模拟僵尸状态的进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();  //创建进程
    int count = 5;
    while (1)
    {
        if (id == 0)  //子进程
        {
            while (count)  //循环5次
            {
                printf("i am process..child---.pid:%d,ppid:%d\n,count: %d", getpid(), getppi d(), --count);
                sleep(1);
            }
            printf("child quit....\n");
            exit(1);
        }
        else if (id > 0)  //父进程
        {
            printf("i am process..father---pid:%d,ppid:%d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

用以下来查看进程状态

while :; do ps aux |head -1&&ps aux|grep a.out;echo "#######################";sleep 1;done

僵尸进程的危害

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Z状态？是的！

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，Z状态一直不退出，PCB一直都要维护？是的！

那一个父进程创建了很多子进程，就是不回收，是不是就会造成内存资源的浪费？是的！因为数据结构 对象本身就要占用内存，想想C中定义一个结构体变量（对象），是要在内存的某个位置进行开辟空 间！

内存泄漏?是的！

如何避免？可以用wait方法和waitpid方法避免，后面文章中讲。

4.孤儿进程

在Linux中，进程的关系主要是父子关系。

一对父子进程中的父进程退出了，子进程还在运行，就会形成孤儿进程。

如果没有进程来回收该子进程的信息，那么会变成僵尸状态，会存在内存泄漏的问题。

为了解决这个问题，该子进程会立即被1号操作系统进程领养。

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if (id == 0)
    {
        // child
        while (1)
        {
            printf("我是子进程：pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
        }
    }
    else
    {
        // parent
        int cnt = 10;
        while (1)
        {
            printf("我是父进程：pid: %d, ppid: %d\n", getpid(), getppid());
            sleep(1);
            if (cnt-- <= 0)
                break;
        }
    }
    return 0;
}

这里1号进程就是操作系统，也就是说这个进程被操作系统领养了

父进程的僵尸状态未被看见，因为其被其父进程即bash回收

爹嘎了之后，又给自己找了一个爹，PPID为1，也就是操作系统

为什么领养？如果不领养，子进程后续再退出，无人回收，游离的进程多了，占据更多的内存空间。

并且我们可以看到，领养之前，子进程S+前台运行，领养之后，自动由前台变为后台运行，如果想杀掉该进程

• kill -9 PID

• killall myproc(进程名称）

5.进程优先级

基本概念

CPU中的资源是有限的，不可能多个进程一起在CPU上运行，利用优先级把进程有效的先后排好，改善了系统的性能。

• cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权(priority)

• 优先权高的有优先执行权。

• 还可以把进程运行到指定的CPU上，这样一来，把不重要的进程安排到某个CPU，可以大大改善系统整体性能。

优先级和权限的区别？

优先级是在有权限的前提下，谁先谁后的问题。

查看系统进 进程

在linux或者unix系统中，用ps –l命令则会类似输出以下几个内容：

我们很容易注意到其中的几个重要信息，有下：

UID : 代表执行者的身份 PID : 代表这个进程的代号 PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号 PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行 NI ：代表这个进程的nice

PRI and NI

PRI也还是比较好理解的，即进程的优先级，或者通俗点说就是程序被CPU执行的先后顺序，此值越小进程的优先级别越高

那NI呢?就是我们所要说的nice值了，其表示进程可被执行的优先级的修正数值

PRI值越小越快被执行，那么加入nice值后，将会使得PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice

这样，当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行所以，调整进程优先级，在Linux下，就是调整进程nice值nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

PRI vs NI

需要强调一点的是，进程的nice值不是进程的优先级，他们不是一个概念，但是进程nice值会影响到进程的优先级变化。

可以理解nice值是进程优先级的修正修正数据

用top命令更改已存在进程的nice：

top

进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

nice/renice也可以调整优先级

setpriority

其他概念

竞争性: 系统进程数目众多，而CPU资源只有少量，甚至1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为了高 效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级 独立性: 多进程运行，需要独享各种资源，多进程运行期间互不干扰

并行: 多个进程在多个CPU下分别，同时进行运行，这称之为并行

并发: 多个进程在一个CPU下采用进程切换的方式，在一段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为 并发