linux进程状态浅析

linux中的进程状态：

◆运行状态（TASK_RUNNING）(R状态)

指正在被CPU运行或者就绪的状态。这样的进程被成为runnning进程。运行态的进程能够分为3种状况：内核运行态、用户运行态、就绪态。

只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，这些进程的task_struct结构（进程控制块）被放入对应CPU的可执行队列中（一个进程最多只能出如今一个CPU的可执行队列中）。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU上运行。

不少操做系统教科书将正在CPU上执行的进程定义为RUNNING状态、而将可执行可是还没有被调度执行的进程定义为READY状态，这两种状态在linux下统一为 TASK_RUNNING状态。

◆可中断睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）(S状态)

处于等待状态中的进程，一旦被该进程等待的资源被释放，那么该进程就会进入运行状态。

处于这个状态的进程由于等待某某事件的发生（好比等待socket链接、等待信号量），而被挂起。这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时（由外部中断触发、或由其余进程触发），对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。

经过ps命令咱们会看到，通常状况下，进程列表中的绝大多数进程都处于TASK_INTERRUPTIBLE状态（除非机器的负载很高）。毕竟CPU就这么一两个，进程动辄几十上百个，若是不是绝大多数进程都在睡眠，CPU又怎么响应得过来。

◆不可中断睡眠状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）(D状态)

该状态的进程只能用wake_up()函数唤醒。

与TASK_INTERRUPTIBLE状态相似，进程处于睡眠状态，可是此刻进程是不可中断的。不可中断，指的并非CPU不响应外部硬件的中断，而是指进程不响应异步信号。
绝大多数状况下，进程处在睡眠状态时，老是应该可以响应异步信号的。不然你将惊奇的发现，kill -9居然杀不死一个正在睡眠的进程了！因而咱们也很好理解，为何ps命令看到的进程几乎不会出现TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，而老是TASK_INTERRUPTIBLE状态。

而TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。若是响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程（这个插入的流程可能只存在于内核态，也可能延伸到用户态），因而原有的流程就被中断了。（参见《linux内核异步中断浅析》）
在进程对某些硬件进行操做时（好比进程调用read系统调用对某个设备文件进行读操做，而read系统调用最终执行到对应设备驱动的代码，并与对应的物理设备进行交互），可能须要使用TASK_UNINTERRUPTIBLE状态对进程进行保护，以免进程与设备交互的过程被打断，形成设备陷入不可控的状态。这种状况下的TASK_UNINTERRUPTIBLE状态老是很是短暂的，经过ps命令基本上不可能捕捉到。

linux系统中也存在容易捕捉的TASK_UNINTERRUPTIBLE状态。执行vfork系统调用后，父进程将进入TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，直到子进程调用exit或exec（参见《神奇的vfork》）。
经过下面的代码就能获得处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程：

1. #include
2. void main() {
3. if (!vfork()) sleep(100);
4. }

编译运行，而后ps一下：

1. kouu@kouu-one:~/test$ ps -ax | grep a\.out
2. 4371 pts/0    D+     0:00 ./a.out
3. 4372 pts/0    S+     0:00 ./a.out
4. 4374 pts/1    S+     0:00 grep a.out

而后咱们能够试验一下TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的威力。无论kill仍是kill -9，这个TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的父进程依然屹立不倒。

◆暂停状态（TASK_STOPPED）（T状态）

当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。

向进程发送一个SIGSTOP信号，它就会因响应该信号而进入TASK_STOPPED状态（除非该进程自己处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态而不响应信号）。（SIGSTOP与SIGKILL信号同样，是很是强制的。不容许用户进程经过signal系列的系统调用从新设置对应的信号处理函数。）
向进程发送一个SIGCONT信号，可让其从TASK_STOPPED状态恢复到TASK_RUNNING状态。

当进程正在被跟踪时，它处于TASK_TRACED这个特殊的状态。“正在被跟踪”指的是进程暂停下来，等待跟踪它的进程对它进行操做。好比在gdb中对被跟踪的进程下一个断点，进程在断点处停下来的时候就处于TASK_TRACED状态。而在其余时候，被跟踪的进程仍是处于前面提到的那些状态。

对于进程自己来讲，TASK_STOPPED和TASK_TRACED状态很相似，都是表示进程暂停下来。
而TASK_TRACED状态至关于在TASK_STOPPED之上多了一层保护，处于TASK_TRACED状态的进程不能响应SIGCONT信号而被唤醒。只能等到调试进程经过ptrace系统调用执行PTRACE_CONT、PTRACE_DETACH等操做（经过ptrace系统调用的参数指定操做），或调试进程退出，被调试的进程才能恢复TASK_RUNNING状态。

◆僵死状态（TASK_ZOMBIE）（Z状态）

当进程已经终止运行，可是父进程尚未询问其状态的状况。

进程在退出的过程当中，处于TASK_DEAD状态。

在这个退出过程当中，进程占有的全部资源将被回收，除了task_struct结构（以及少数资源）之外。因而进程就只剩下task_struct这么个空壳，故称为僵尸。
之因此保留task_struct，是由于task_struct里面保存了进程的退出码、以及一些统计信息。而其父进程极可能会关心这些信息。好比在shell中，$?变量就保存了最后一个退出的前台进程的退出码，而这个退出码每每被做为if语句的判断条件。
固然，内核也能够将这些信息保存在别的地方，而将task_struct结构释放掉，以节省一些空间。可是使用task_struct结构更为方便，由于在内核中已经创建了从pid到task_struct查找关系，还有进程间的父子关系。释放掉task_struct，则须要创建一些新的数据结构，以便让父进程找到它的子进程的退出信息。

父进程能够经过wait系列的系统调用（如wait四、waitid）来等待某个或某些子进程的退出，并获取它的退出信息。而后wait系列的系统调用会顺便将子进程的尸体（task_struct）也释放掉。
子进程在退出的过程当中，内核会给其父进程发送一个信号，通知父进程来“收尸”。这个信号默认是SIGCHLD，可是在经过clone系统调用建立子进程时，能够设置这个信号。

经过下面的代码可以制造一个EXIT_ZOMBIE状态的进程：

1. #include
2. void main() {
3. if (fork())
4. while(1) sleep(100);
5. }

编译运行，而后ps一下：

1. kouu@kouu-one:~/test$ ps -ax | grep a\.out
2. 10410 pts/0    S+     0:00 ./a.out
3. 10411 pts/0    Z+     0:00 [a.out]
4. 10413 pts/1    S+     0:00 grep a.out

只要父进程不退出，这个僵尸状态的子进程就一直存在。那么若是父进程退出了呢，谁又来给子进程“收尸”？
当进程退出的时候，会将它的全部子进程都托管给别的进程（使之成为别的进程的子进程）。托管给谁呢？多是退出进程所在进程组的下一个进程（若是存在的话），或者是1号进程。因此每一个进程、每时每刻都有父进程存在。除非它是1号进程。

1号进程，pid为1的进程，又称init进程。linux系统启动后，第一个被建立的用户态进程就是init进程。它有两项使命：一、执行系统初始化脚本，建立一系列的进程（它们都是init进程的子孙）；二、在一个死循环中等待其子进程的退出事件，并调用waitid系统调用来完成“收尸”工做；init进程不会被暂停、也不会被杀死（这是由内核来保证的）。它在等待子进程退出的过程当中处于TASK_INTERRUPTIBLE状态，“收尸”过程当中则处于TASK_RUNNING状态。