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【Linux篇】进程状态（僵尸进程，孤儿进程），优先级与调度机制

1. 前文铺垫

进程状态是task_struct内的一个整数；进行：进程在调度队列中，进程的状态都是running，阻塞：等待某种设备或者资源就绪。进程是一个队列，设备也是一个队列，当我们读磁盘，读网卡的时候，如果对应设备未就绪那么进程就要阻塞等待了。进程状态变化的表现之一就是要在不同的队列中进行流动，本质都是数据结构的增删查改！

理解内核链表

如果一个类里面有多个next,prve，那么就可以把任何一个task_struct即属于运行队列，又属于全局链表，还可以把它放到二叉树中等。

2. 进程状态

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：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
/*
*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 */
};

  1. R 运行或可运行 (Running 或 Runnable)
  • 状态描述： 进程正在CPU上执行，或在运行队列中等待调度。
  • 触发场景： 进程处于活动状态，正在执行或准备执行。
  1. S 可中断睡眠(Interruptible Sleep)
  • 状态描述： 进程在等待事件完成（如I/O操作、信号），可被信号中断。
  • 触发场景： 例如调用 sleep()、read() 等阻塞操作时。
  1. D 不可中断睡眠(Uninterruptible Sleep)
  • 状态描述： 进程等待不可中断的操作（如硬件I/O），不响应信号。
  • 触发场景： 常见于磁盘I/O或某些内核操作，需等待操作完成。
  1. T 停止(Stopped)
  • 状态描述： 进程被信号（如 SIGSTOP、SIGTSTP）暂停，需 SIGCONT 恢复。
  • 触发场景： 手动暂停进程（如按 Ctrl+Z）或调试时。
  1. Z 僵尸(Zombie)
  • 状态描述： 进程已终止，但父进程未调用 wait() 回收资源。
  • 触发场景： 父进程未正确处理子进程退出，导致残留进程描述符。
  1. t 追踪状态(Tracing Stop)
  • 状态描述： 进程被调试器（如 gdb）跟踪时暂停，属于停止状态的一种。
  • 触发场景： 调试器设置断点或单步执行时。
  1. X 死亡(Dead)
  • 状态描述： 子进程结束之后，父进程获取子进程信息之前。
  • 触发场景： 父进程已回收子进程状态，短暂存在后消失。
2.1 进程状态查看

命令： ps aux / ps axj

a： 用于显示所有用户的进程，包括其他用户的进程（需要适当的权限）。默认情况下，ps 只显示当前用户的进程。 例如：ps a

x： 用于显示没有控制终端的进程。这些进程通常是后台运行的守护进程（daemon）。 例如：ps x 通常，ax 选项一起使用，以显示所有用户的所有进程，无论它们是否有控制终端。 例如：ps ax

j： 用于显示与作业控制相关的信息，包括进程组ID（PGID）、会话ID（SID）、父进程ID（PPID），以及作业号（如果有的话）。 例如：ps j 这对于理解进程如何分组和作业控制很有帮助。

u : 用于以用户为中心的格式显示进程信息。它提供了每个进程的详细信息，如用户、CPU使用率、内存使用率、虚拟内存大小、驻留内存大小、控制终端、进程状态、启动时间、CPU时间和命令行。 例如：ps u 通常，u 选项与 aux 一起使用，以显示所有用户的详细进程信息。 例如：ps aux

2.2 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（使用wait()系统调用）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。
  • 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。
2.3 僵尸进程危害
  • 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，C语言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，那就会存在内存泄漏?是的！ 如何避免呢？我们后期讲。
2.4 孤儿进程
  1. 我们先来创建一段代码
  1. 代码运行后，子进程一直运行，父进程运行5秒后退出
  1. 这个1号进程是谁呢？top一下，我们可以看到它是systemd
  1. 我们继续查一下这个systemd
  1. 为什么子进程会被1(systemd)号进程领养呢?如果不领养会出现什么问题呢？ 答案是如果不被领养，那么这个子进程就进入僵尸进程，有可能会造成内存泄漏
  2. 父进程为什么不会变成孤儿进程或者僵尸进程呢？ 答案是父进程也有自己的父进程，父进程的父进程就是bash
  3. 一旦进程变成孤儿进程，它就会被1号进程领养，变成后台进程，这时候Ctrl c就杀不掉它了，我们只能使用kill来杀死。

3. 进程优先级

3.1 概念
  • cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级（priority）。
  • 目标资源稀缺，导致要通过优先级确认谁先谁后的问题。
  • 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先级对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。
  • 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 vs 权限：优先级是能得到资源，先后的问题，权限是能否得到资源的问题

✏️优先级其实也是一种数字，是task_struct中的一种属性，数字值越低，优先级越高 ，基于时间片的分时操作系统，优先级未来可能变化，但变化的幅度不能太大

3.2 查看系统进程
  1. 命令ps -al,其中a表示所有，l表示详细信息。
  2. 我们上上面代码中的父进程不再退出，父子进程一直运行，再运行代码

在linux系统中，每个用户都有一个UID,linux中识别用户就是用UID识别的。

  • 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出来的，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。进程优先级默认：80
  • NI：代表这个进程优先级的修正数据，nice值 ✏️进程真实的优先级 = PRI(默认) + NI ✏️PRI(new) = PRI(old) + nice
  • 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。linux进程优先级范围[60,99]
  1. 查UID,命令ls -ln

sp用户对应的UID就是1001，文件创建的时候会把这个UID保存起来表明这个文件是谁创建的，进程创建的时候也会把UID保存起来表明进程是谁创建的。

【Linux篇】进程状态（僵尸进程，孤儿进程），优先级与调度机制

1. 前文铺垫

进程状态是task_struct内的一个整数；进行：进程在调度队列中，进程的状态都是running，阻塞：等待某种设备或者资源就绪。进程是一个队列，设备也是一个队列，当我们读磁盘，读网卡的时候，如果对应设备未就绪那么进程就要阻塞等待了。进程状态变化的表现之一就是要在不同的队列中进行流动，本质都是数据结构的增删查改！

理解内核链表

如果一个类里面有多个next,prve，那么就可以把任何一个task_struct即属于运行队列，又属于全局链表，还可以把它放到二叉树中等。

2. 进程状态

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：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
/*
*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 */
};

  1. R 运行或可运行 (Running 或 Runnable)
  • 状态描述： 进程正在CPU上执行，或在运行队列中等待调度。
  • 触发场景： 进程处于活动状态，正在执行或准备执行。
  1. S 可中断睡眠(Interruptible Sleep)
  • 状态描述： 进程在等待事件完成（如I/O操作、信号），可被信号中断。
  • 触发场景： 例如调用 sleep()、read() 等阻塞操作时。
  1. D 不可中断睡眠(Uninterruptible Sleep)
  • 状态描述： 进程等待不可中断的操作（如硬件I/O），不响应信号。
  • 触发场景： 常见于磁盘I/O或某些内核操作，需等待操作完成。
  1. T 停止(Stopped)
  • 状态描述： 进程被信号（如 SIGSTOP、SIGTSTP）暂停，需 SIGCONT 恢复。
  • 触发场景： 手动暂停进程（如按 Ctrl+Z）或调试时。
  1. Z 僵尸(Zombie)
  • 状态描述： 进程已终止，但父进程未调用 wait() 回收资源。
  • 触发场景： 父进程未正确处理子进程退出，导致残留进程描述符。
  1. t 追踪状态(Tracing Stop)
  • 状态描述： 进程被调试器（如 gdb）跟踪时暂停，属于停止状态的一种。
  • 触发场景： 调试器设置断点或单步执行时。
  1. X 死亡(Dead)
  • 状态描述： 子进程结束之后，父进程获取子进程信息之前。
  • 触发场景： 父进程已回收子进程状态，短暂存在后消失。
2.1 进程状态查看

命令： ps aux / ps axj

a： 用于显示所有用户的进程，包括其他用户的进程（需要适当的权限）。默认情况下，ps 只显示当前用户的进程。 例如：ps a

x： 用于显示没有控制终端的进程。这些进程通常是后台运行的守护进程（daemon）。 例如：ps x 通常，ax 选项一起使用，以显示所有用户的所有进程，无论它们是否有控制终端。 例如：ps ax

j： 用于显示与作业控制相关的信息，包括进程组ID（PGID）、会话ID（SID）、父进程ID（PPID），以及作业号（如果有的话）。 例如：ps j 这对于理解进程如何分组和作业控制很有帮助。

u : 用于以用户为中心的格式显示进程信息。它提供了每个进程的详细信息，如用户、CPU使用率、内存使用率、虚拟内存大小、驻留内存大小、控制终端、进程状态、启动时间、CPU时间和命令行。 例如：ps u 通常，u 选项与 aux 一起使用，以显示所有用户的详细进程信息。 例如：ps aux

2.2 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（使用wait()系统调用）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。
  • 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。
2.3 僵尸进程危害
  • 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，C语言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，那就会存在内存泄漏?是的！ 如何避免呢？我们后期讲。
2.4 孤儿进程
  1. 我们先来创建一段代码
  1. 代码运行后，子进程一直运行，父进程运行5秒后退出
  1. 这个1号进程是谁呢？top一下，我们可以看到它是systemd
  1. 我们继续查一下这个systemd
  1. 为什么子进程会被1(systemd)号进程领养呢?如果不领养会出现什么问题呢？ 答案是如果不被领养，那么这个子进程就进入僵尸进程，有可能会造成内存泄漏
  2. 父进程为什么不会变成孤儿进程或者僵尸进程呢？ 答案是父进程也有自己的父进程，父进程的父进程就是bash
  3. 一旦进程变成孤儿进程，它就会被1号进程领养，变成后台进程，这时候Ctrl c就杀不掉它了，我们只能使用kill来杀死。

3. 进程优先级

3.1 概念
  • cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先级（priority）。
  • 目标资源稀缺，导致要通过优先级确认谁先谁后的问题。
  • 优先权高的进程有优先执行权利。配置进程优先级对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。
  • 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 vs 权限：优先级是能得到资源，先后的问题，权限是能否得到资源的问题

✏️优先级其实也是一种数字，是task_struct中的一种属性，数字值越低，优先级越高 ，基于时间片的分时操作系统，优先级未来可能变化，但变化的幅度不能太大

3.2 查看系统进程
  1. 命令ps -al,其中a表示所有，l表示详细信息。
  2. 我们上上面代码中的父进程不再退出，父子进程一直运行，再运行代码

在linux系统中，每个用户都有一个UID,linux中识别用户就是用UID识别的。

  • 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出来的，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。进程优先级默认：80
  • NI：代表这个进程优先级的修正数据，nice值 ✏️进程真实的优先级 = PRI(默认) + NI ✏️PRI(new) = PRI(old) + nice
  • 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。linux进程优先级范围[60,99]
  1. 查UID,命令ls -ln

sp用户对应的UID就是1001，文件创建的时候会把这个UID保存起来表明这个文件是谁创建的，进程创建的时候也会把UID保存起来表明进程是谁创建的。

本文标签： Linux篇进程状态（僵尸进程，孤儿进程），优先级与调度机制

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