进程状态和优先级【Linux】

1.进程状态的分类

在Linux内核中，进程状态分为七大类，不同的状态有不同的含义。
下面的状态在kernel中定义：

/*
* 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 */
};
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

在下面的状态讲解中是概念定义加实操的方式，感兴趣的老铁可以边看边做。

1.1.R运行状态

R运行状态：处在运行状态的进程不一定正在运行，运行状态的定义是进程在运行队列中的进程就是运行状态。

//测试代码
#include 
#include 

int main()
{
	while()
	{}
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1.2. S睡眠状态

S睡眠状态：意味着进程在等待事件的完成（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠）

//测试代码
#include 
#include 

int main()
{
	while()
	{
		printf("hello bit\n");
	}
	return 0;
}
//注：问：为什么这里加个printf进程状态就变成S状态了？
//答：printf是一个需要访问硬件（显示器）的库函数，由于硬件相比于CPU速度相对较慢，而CPU不可能安安静静的等待进程访问硬件，所以OS把这个进程状态设置为S，让进程自己慢慢的等待硬件，CPU继续执行运行队列下一个进程。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

1.3.D磁盘休眠状态

D磁盘休眠状态：有时候也叫做不可中断睡眠状态，在这个状态的进程通常会等待IO结束。

这个状态的场景比较难以实现，只有系统在高IO的时候，系统才能出现这个状态。当一个机器中这个状态大面积出现的时候，离机器挂掉也不远了。这里我们也不在实现了。

1.4.T停止状态

T停止状态：可以通过发送SIGSTOP信号给进程来停止（T）进程。这个被暂停的进程也可以通过发送SIGCONT信号让进程继续。

1.4.1.kill -l指令

指令：kill -l
作用：查看系统中的信号

//此处的测试用例和睡眠状态的测试用例一样，我们需要在睡眠状态的时候给它发送一个暂停信号
#include 
#include 

int main()
{
	while()
	{
		sleep(1);
	}
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

给S+状态的进程发送一个19号信号

如果在给T状态的进程发送18号信号，它会变成一个后台进程（s+代表前台进程，s代表后台进程）

1.4.2.前台进程和后台进程

前台进程：是在终端中运行的命令，那么该终端就为进程的控制终端，一旦这个终端关闭，这个进程也随之消失。
后台进程：也叫守护进程（Daemon），是运行在后台的一种特殊进程，不受终端控制，它不需要终端的交互；Linux的大多数服务器就是使用守护进程实现的。比如Web服务器的httpd等。

1.5.X死亡状态

X死亡状态：这个状态是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态

2.进程状态查看

指令：ps aux / ps axj命令
作用：查看系统中的所有进程

3.Z(zombie)僵尸进程

• 僵尸进程是一个比较特殊的状态，当子进程退出，但是父进程没有回收子进程，就会产生僵尸状态
• 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，子进程会进入Z状态。

测试代码：

#include 
#include 
#include 
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {                                                                                                                  
        //child
        int cnt = 5;
        while(cnt--)
        {
            printf("I am child process:pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
        //子进程循环五次变会退出
        exit(-1);
    }
    else if(id > 0)
    {
    	//让父进程一直循环，但并没有回收子进程的资源
        while(1)
        {
            printf("I am parent process:pid = %d,ppid = %d\n",getpid(),getppid());
            sleep(1);
        }
    }

    return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

3.1.僵尸进程的危害

• 进程退出状态必须被维持下去，因为它要告诉它的进程（父进程）你交给我的任务，我办得怎么样。可是，如何父进程一直不读取，那子进程一直处于Z状态？对的。
• 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tast_struct（PCB）中，换句话说，Z状态一直不退出，PCB一直要维护吗？是的。
• 那一个父进程创建了许多子进程，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。
• 会造成内存泄漏？是的。

4.孤儿进程

孤儿进程：如果父进程先退出，子进程被1号Init进程领养，这时子进程就称为孤儿进程

//测试代码，让父进程循环10，退出程序，子进程一直跑
#include 
#include 
#include 

int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //child 
        while(1)
        {
            printf("I am child process:pid = %d,ppid = %d",getpid(),getppid());  
            sleep(1);                   
        }  
    }                                   
                                        
    if(id > 0)                                                                                                         
    {                                   
        //parent                        
        int cnt = 10;                   
        while(cnt--)                    
        {                                                                         
            printf("I am parent process:pid = %d,ppid = %d",getpid(),getppid());  
            sleep(1);                   
        }                               
        exit(-1);                                                                                        
    }                                                                                                    
                                                                                                         
    return 0;    
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32

注意：孤儿进程并不会造成内存泄漏，因为子进程被1号进程领养了，1号进程会读取子进程的返回信息。

5.进程优先级

5.1.基本概念

• CPU资源分配先后顺序，就是指进程的优先权
• 优先权高的进程有优先执行权力，配置进程的优先级对多任务环境很有用，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上，可以大大改善系统整体性能。

5.2.查看系统进程

指令：ps -l
作用：查看系统性能

• UID：代表执行者的身份。
• PID：代表这个进程的代号。
• PPID：代表这个进程是由那个进程发展而衍生而来，亦即父进程的代号。
• PRI：代表这个进程可执行的优先级，其值越小越早执行。
• 代表这个进程的nice值。

5.3.PRI and NI

进程优先级 = 老的优先级 + nice值（其中老的优先级恒等于80，nice值的范围是-20到19，通过改变nice的大小，更改进程的优先级）。

• PRI越小，进程优先级越高
• NI（nice）表示进程可执行优先级的修正数据
• 通过调整nice的值，来改变优先级，但本身nice值不是进程的优先级，只是nice值会影响到优先级

5.4.用top命令更改已存在进程的nice值

步骤：进入top后按“r”->输入进程的PID->输入nice值 ->q退出