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进程状态
操作系统进程状态概览（理论版），实际的一款操作系统进程状态与理论状态会有一定区别。↓↓↓
新建状态：字面意思，当进程刚创建时，就是新建状态。
运行状态：等待CPU资源时，当还没有轮到某个进程时，该进程会被链接在CPU的等待队列中（该队列被称为run_queue，操作系统会按一定策略调度该队列中的进程到CPU上执行），位于该队列中的进程都处于运行状态，而不是正在CPU上运行的程序才叫做运行状态。
阻塞状态：等待非CPU资源就绪，该进程被从运行队列上取下，被挂接到等待的资源的等待队列中，该进程就称为阻塞状态。
挂起状态：当内存不足的时候，操作系统通过适当的置换进程的代码和数据到磁盘，进程的状态就称为挂起状态。
关于进程状态，我们来看看Linux源代码中总共有几种状态↓↓↓
static const char* cinst task_state_array[] = {
"R(runnning)",/* 0 */
"S(sleeping)",/* 1 */
"D(disk sleep)", /* 2 */
"T(stopped)",/* 3 */
"t(tracing stop)",/* 4 */
"X(dead)", /* 16 */
"Z(zombie)" /* 32 */
};
在介绍这些状态时，将使用使用描述+代码验证的方式（但部分状态无法使用代码验证）。在开始介绍前，我们需要了解如何查看进程状态↓↓↓
进程状态查看
ps aux / ps axj
查看进程状态总共有两种方式，分别是ps aux及ps axj。使用它们查看进程的效果如下图所示↓↓↓
★ps：关于ps命令的更多用法，可以查询man手册。
R运行状态（running）
我们在创建了进程之后，操作系统会给该进程创建一个task_struct结构体，该结构体中包含进程状态、pid、ppid、优先级等字段，该结构体就是PCB（进程控制块），用于记录进程各类信息。
管理好这些进程，我们需要只要管理好task_struct结构体即可。因此，操作系统将task_struct链成一个链表（队列）。
由于计算机中的各类资源（包括CPU、内存、外部设备等）均十分宝贵，各个进程在获取某个资源时，可能需要到某个资源上排队。而等待CPU资源的进程将被链成一个队列，这个队列叫做运行队列（run_queue）。而处于运行队列上的进程的状态就是运行状态，即R状态。
下面，我们编写一个死循环，并查看该进程的状态↓↓↓
#include <stdio.h>
int main()
{
while(1)
{}
return 0;
}
上面的STAT的R就是运行状态。
S睡眠状态（sleeping）
如果我们编写一个循环打印"hello world"的程序，则执行该程序的进程的状态是R状态吗？
#include <stdio.h>
int main()
{
while(1)
{
printf("hello world\n");
}
retrun 0;
}
这里我执行ps axj | head -1 && ps axj | grep test命令，得到的进程状态是S状态，即睡眠状态。这是为什么呢？那什么是睡眠状态呢？
我们在执行上面的程序时，进程需要访问外设，而外设相比与cpu而言，速度非常慢。该进程为了打印"hello world"，它需要到对应的外设上等待（这里的外设是显示器），在它需要使用外设资源时，cpu将该进程的PCB从运行队列中取下来，并链入显示器的等待队列中。在除了cpu以外的队列中等待时，这时的状态就是S休眠状态（也就是理论状态中的阻塞状态）。等该进程打印完毕后，再链入cpu，继续向下执行。但由于上面的程序频繁访问外设，导致它在运行队列中的时间非常短。因而，我们在查看该进程状态时，绝大多数情况下，它都处于睡眠状态。
D磁盘休眠状态（Disk sleep）
在操作系统中，如果一个进程处于睡眠状态，即S状态。如果此时操作系统负载过大，则可能杀死该进程。这种睡眠状态也被称为浅度睡眠，因为它可以被操作系统终止。这也就是为什么某些软件服务在用户量过大时，出现某些用户无法获取服务的原因，因为应用服务器的操作系统覆盖过大时，这些用户的进程被操作系统终止了。
从操作系统角度来说，操作系统为了维护服务器能稳定运行，不得不杀死某些进程；从进程角度来说，进程正常运行而被操作系统强制关闭，进程也无能为力。
如果我们希望某些关键性进程，即使在操作系统负载过大时也不会被杀死，则可以将该进程设置为D状态，即磁盘休眠状态（也称为磁盘睡眠状态、深度睡眠状态）。处于该状态的进程不能被操作系统中断，也不能被操作系统唤醒。该进程只有自己醒来，即该进程不再处于D状态，才能被操作系统调度执行、回收等。
★ps：该状态无法使用程序演示
T停止状态（stopped）
在操作系统中，可以给某些进程发送信号，发送信号的格式为：
kill -[信号编号] [进程pid]
下面，我们使用kill -l查看所有信号及其对应的编号↓↓↓
上图的18号信号SIGCONT为进程继续执行信号，19号信号为SIGSTOP为进程暂停信号。如果我们给某个进程发送19号信号，则它将处于T状态，即暂停状态。
下面，我们给上面循环打印"hello world"的进程发送19号信号，再对比发送信号前后的状态变化
kill -19 19093
在接收到19号SIGSTOP信号后，19093号进程停止打印"hello world"，并且此时它的状态为T状态，即暂停状态。
如果我们给19093号进程发送18号SIGCONT信号，会是什么效果呢？
发送信号后，19093号进程继续打印"hello world"，并且它的状态又变回S状态，即睡眠状态。但这里不同的是，原先的状态是S+，而此时的状态是S。这两者有什么区别呢？
S+状态下的进程，在使用ctrl+C时，可以被终止；而S状态下的进程使用ctrl+C却无法被终止。这里带有+号的称为前台进程，不带+号的称为后台进程。前台进程占用用户当前的bash命令行；后台进程不占用用户的bash命令行，但后台进程需要使用kill -9 [进程号]发送9号信号来终止。
★ps：T状态与S状态的区别：T状态单纯暂停，并不等待某种资源；而S状态是为了等待某种资源。
t调试/追踪状态（tracing stop）
我们在编写完程序后，可以在使用gcc编译，如果在编译命令的末尾加上-g选项，则会生成一个debug版本的程序。如果不带-g选项，gcc默认生成的是release版本。
我们使用gcc生成下面程序的release和debug版本↓↓↓
#include <stdio.h>
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
int main()
{
int num1 = 10;
int num2 = 20;
printf("%d + %d = %d\n", num1. num2, Add(num1, num2));
return 0;
}
从上图可以发现，debug版本所占的内存空间会大于release版本（因为debug版本中包含调试信息）。
下面我们使用gdb对test_g进行调试↓↓↓
由于在12行处打了断点，此时程序停止在12行处。我们使用ps axj | head -1 && ps axj | grep test查看当前进程状态↓↓↓
此时的进程状态为t状态，即调试状态（也称为追踪状态）。
X死亡状态/终止状态（dead）
如果进程执行结束了，操作系统会马上回收该进程的资源吗（进程此时占用内存等资源）？不一定。如果此时cpu上此时正在处理更加重要、紧急的进程，则操作系统此时不会马上回收已经执行结束的进程，而是将该进程标识为X状态，即死亡状态（也成为终止状态）。
标记为X状态的进程，表示该进程可以被操作系统回收。但具体什么时候回收，取决于操作系统。由于X状态瞬时性较强，难以使用程序演示，这里就不使用程序演示了。
Z僵尸状态/僵尸进程（zombie）
僵尸状态（zombie，也称为僵死状态）是一种比较特殊的状态。该状态发生在子进程退出，而父进程没有回收子进程资源时（即父进程没有使用waitpid读取子进程的退出信息），此时子进程就会进入僵尸状态。
僵尸进程会以终止状态保持在进程表中，并且会一直等待父进程读取退出状态码。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，则子进程会进入Z状态。
下面创建的程序，使得子进程保持5秒的僵尸状态↓↓↓
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if(id == 0)
{
printf("I am child process! pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
sleep(5);
exit(0);
}
printf("I am parent process! pid = %d\n", getpid());
sleep(10);
return 0;
}
执行上述程序并使用while :; do ps axj | head -1 && ps axj | grep test; sleep 1; echo "#############" done; 脚本，每1秒钟对执行内容做监视。
我们可以发现，在子进程退出后，父进程没有退出，此时的子进程的状态变为Z状态，即僵尸状态。
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。
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。
那一个父进程创建了很多子进程，如果不回收，就会造成内存资源的浪费（内存泄漏）。因为数据结构对象本身就要占用内存，想想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！
★ps：关于僵尸进程如何被处理的问题，将在后序文章中的介绍。
孤儿进程
上面已经将进程的各种状态讲述完毕，接下来，我们再了解另一种进程——孤儿进程。
父进程如果提前退出，子进程后退出，则此时父进程无法再回收子进程资源了，那该如何处理呢？
如果让子进程一直保持Z状态，则会造成内存泄漏；但此时子进程的父进程已经执行结束，没有进程可以来清理子进程的资源了，这种子进程被称为孤儿进程。操作系统为了解决这个问题，对于父进程已经执行结束，而子进程后退出的，该子进程将被1号init进程领养，其资源将由init进程进行回收。
下面代码中，父进程比子进程执行结束前5秒就退出↓↓↓
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
assert(id != -1);
if(id == 0)
{
int cnt = 10;
while(cnt > 0)
{
printf("I am child process, pid = %d, ppid = %d\n", getpid(), getppid());
sleep(1);
cnt--;
}
exit(0);
}
printf("I am parent process, pid = %d\n", getpid());
sleep(5);
return 0;
}
由程序执行结果可以看出，子进程前5秒的父进程pid为15480，由于父进程在子进程推出前5秒就推出了，此时子进程被1号init进程领养，故此时该进程的父进程pid为1。
进程优先级
基本概念
优先权高的进程有优先执行权利，可以优先获得cpu资源。
配置进程优先权对多任务环境的linux很有用，可以改善系统性能。对于多核计算机，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。
★ps：优先级是重要的调度指标，CPU中的调度器依据优先级选择哪些进程优先到CPU运行
查看系统进程
我们可以执行ps -le来查看系统中所有进程的详细信息（-e选项表示所有进程，-l选项表示显示进程详细信息）
上图中：
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值
PRI及NI
PRI是进程的优先级，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。NI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。
那如果PRI(new)=PRI(old)+nice，那么我的程序起始优先级PRI为80，我对它重复设置10000次nice值为-20，它的优先级PRI是不是变成80-20*10000呢？答案是否定的。在Linux操作系统中，PRI起始都为80，nice值得范围为-19到20。当我们设置了新的nice值时，该进程的PRI=80+nice值。也就是说PRI的范围在[80-20,80+19]之间。
★ps：进程的nice值不是进程的优先级，进程优先级与nice值不是一个概念，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。
修改进程优先级
top命令
首先，我们运行一个名为test的死循环程序。此时它的PRI为80，NI为0。
top命令修改进程优先级的方法（如果要设置小于0的nice值，即提高进程优先级，此时需要使用sudo提权）：
①执行top命令
②输入r，并输入待修改进程优先级的进程pid。
③输入nice值，这里输入10。
我们使用ps -el | head -1 && ps -el | grep test查看进程优先级发现，test的PRI变为90，NI变为10。
★ps：上图中，我们将nice值设置为10，则该进程的PRI=80+10=90。如果我们在此基础上设置nice值为15，则该进程的优先级为PRI=80+15=95。
renice命令
renice命令使用格式为：
renice [nice值] -p [进程pid]
下图演示将20269号进程的nice值修改为15。
我们使用ps -el | head -1 && ps -el | grep test查看进程优先级发现，test的PRI变为95，NI变为15。
★ps：如果要给进程设置比原nice值更小的nice值，需要使用sudo提权。
关于进程的相关概念
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。
关于并行和并发这里做一下更详细的解释：
并行就是多个进程同时执行，例如某计算机有3个CPU，3个进程各占用一个CPU，同时执行，这就是并行。而并发并不是，例如某计算机只有1个CPU，我们有3个进程在一个CPU上并发执行，第1个进程先执行1ms，接下来由第2个进程执行1ms，再由第3个进程执行1ms，然后又由第1个进程执行，以此类推…像这种明明各个进程是交替执行的，但由于各个进程都在向前运行，而进程交替运行的操作用户感知不到，用户以为这3个进程是各占用1个CPU并同时执行的，这种被称为并发。
★ps：关于进程的切换问题↓↓↓
计算机中的CPU内有大量的寄存器，它保存着正在执行的进程的临时数据。如果进程A正在被执行，CPU内的寄存器里面一定保存的是进程A的临时数据。寄存器中的临时数据，就叫做A的上下文。
上下文数据可以丢弃吗？绝对不可以！由于计算机CPU数量小于进程数量，则当进程A暂时被切换下来的时候，进程A需要顺便带走自己的上下文数据。带走暂时保存的目的就是为了下次回来的时候，能恢复上去，就能继续按照之前的逻辑继续向后运行，就如同没有中断过一样。但如果没有保存上下文数据，进程A回来再执行时，就无法判断进程A原先执行到哪里了。
注意：CPU内的寄存器只有一份，但是上下文可以有多份，分别对应不同的进程！！
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-854994.html
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