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3. 进程

进程

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

• Z僵尸进程 (zombie) 状态：是指进程已经终止，但其父进程还没有回收它的资源（没有调用 wait/waitpid）。

例如我们在myproc.c文件里先写一个简单的hello Linux打印程序，运行程序的时候查询到进程是这样的。

ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson12$ ps axj |grep myproc252493  252598  252598  252493 pts/0     252598 S+    1001   0:00 ./myproc252581  252600  252599  252581 pts/1     252599 S+    1001   0:00 grep --color=auto myproc

然后我们把里面的程序改成下面这样：（把while循环里面的东西去掉）

运行程序的时候查询到进程是这样的：

ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson12$ ps axj |grep myproc252493  252619  252619  252493 pts/0     252619 R+    1001   0:02 ./myproc252581  252621  252620  252581 pts/1     252620 S+    1001   0:00 grep --color=auto myproc

为什么一开始是S睡眠状态，后面去掉打印语句又变成了R运行状态呢？

调用printf语句的时候，涉及到对显示器设备的访问，但是设备不一定处于等待写入的状态，可能有很大的概率一直在等待IO状态就绪。所以是S睡眠状态。对应上操作系统原理的阻塞状态。而且我们使用的是云服务器，不是本地机器，所以还要涉及到网络传输的速率。

后面去掉了printf语句后就不面临这些问题了，所以是R运行状态。

我们把代码继续改一下：

#include <stdio.h>int main()
{int a=0;printf("Ether# ");scanf("%d",&a);printf("echo :%d\n",a);return 0;
}

运行的时候，我不输入的时候查看进程：

ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~/108/lesson12$ ps axj |grep myproc252493  252653  252653  252493 pts/0     252653 S+    1001   0:00 ./myproc252581  252655  252654  252581 pts/1     252654 S+    1001   0:00 grep --color=auto myproc

果然是处在S睡眠状态，对应上操作系统原理的阻塞状态。进程在等待我的输入。

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D磁盘休眠状态和S睡眠状态实际上是有点像的。前者是深度睡眠，后者是浅度睡眠。

操作系统如果内存告急，是会杀掉进程的。处于D磁盘休眠状态的进程不会被杀掉，处于S睡眠状态的进程可能会被杀掉。

一般系统里出现D状态，哪怕是一个D状态，说明操作系统已经快崩溃了。想要从D状态出来，要么等待读写成功，要么断电。

D状态也是阻塞状态的一种。

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T停止状态称为暂停状态。

我们把myproc.c的代码重新改成这样：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>int main()
{while(1){sleep(1);printf("hello linux\n");}return 0;
}

然后我们使用kill的第19号命令来实现停止进程。

可以看到进程现在处于停止状态。

S和T有点像，都可以认为是操作系统的阻塞状态，但是S是肯定在等待事件完成，而T可能在等待，也可能就是被停止的。

那么我们为什么要停止进程呢？

这个我们进行gdb调试的时候可以用得到。

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X死亡状态和Z状态有联系。

当一个进程退出的时候，需要将进程的信息维持一端时间。（父进程关心这个）

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（使用wait()系统调用,后面讲）

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

我们更改一下myproc.c程序代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main()
{pid_t id = fork();if(id==0){//childint cnt=5;while(cnt){printf("i am child, pid:%d, ppid:%d, cnt:%d\n",getpid(),getppid(),cnt);cnt--;sleep(1);}exit(0);}else{//fatherwhile(1){printf("i am father, pid:%d, ppid:%d\n",getpid(),getppid());sleep(1);}//父进程没有对子进程做任何调用}return 0;
}

执行后，我们可以发现进程：

ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~$ ps axj |grep myproc252797  252861  252861  252797 pts/2     252861 S+    1001   0:00 ./myproc252861  252862  252861  252797 pts/2     252861 Z+    1001   0:00 [myproc] <defunct>252829  252867  252866  252829 pts/3     252866 S+    1001   0:00 grep --color=auto myproc

父进程没有对子进程做任何调用，所以子进程一直处在一种僵尸状态，等待着父进程的调用。

进程一般退出的时候，如果父进程没有主动回收子进程信息，子进程会一直让自己处于Z状态，进程的相关资源尤其是task_struct结构体不能被释放。

这个资源会一直被占用。这个可以叫做：内存泄漏。

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进程状态查看

ps aux / ps axj 命令

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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，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？后面讲

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进程状态总结

至此，值得关注的进程状态全部讲解完成，下面来认识另一种进程

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孤儿进程

父进程如果提前退出，那么子进程后退出，进入Z之后，那该如何处理呢？

父进程先退出，子进程就称之为“孤儿进程”

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4. 进程优先级

基本概念

cpu资源分配的先后顺序，就是指进程的优先权（priority）。

优先权高的进程有优先执行权利。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。

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。

1. 优先级是什么？

优先级是对于资源的访问，谁先访问，谁后访问

2. 为什么会有优先级？

因为资源是有限的，进程是多个的，注定了进程之间是竞争关系。

操作系统必须确保大家良性竞争，确认优先级。

如果进程长时间得不到CPU资源，该进程的代码长时间无法得到推进，会导致该进程的饥饿问题。

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查看系统进程

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值，是进程优先级的修正数据

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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。

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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

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使用top更改进程优先级

得先换到root模式

su -

我们先更改一下myproc.c的代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>int main()
{while(1){printf("I am a process, pid:%d\n",getpid());sleep(1);}return 0;
}

这个进程默认优先级是80

ydk_108@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~$ ps -al
F S   UID     PID    PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S  1001  252931  252797  0  80   0 -   622 hrtime pts/2    00:00:00 myproc
0 R  1001  252939  252829  0  80   0 -  2852 -      pts/3    00:00:00 ps

然后输入top，回车，输入r，输入进程号

然后回车，输入调整的数字：-30

可以看到这里只少了20，说明nice其取值范围是-20开始的。

root@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~# ps -al
F S   UID     PID    PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S  1001  252931  252797  0  60 -20 -   622 hrtime pts/2    00:00:00 myproc
0 T  1001  252941  252829  0  80   0 -  2932 do_sig pts/3    00:00:00 top
4 S     0  252945  252829  0  80   0 -  2846 do_wai pts/3    00:00:00 su
4 S     0  252946  252945  0  80   0 -  2690 do_wai pts/3    00:00:00 bash
4 R     0  252957  252946  0  80   0 -  2852 -      pts/3    00:00:00 ps

然后输入top，回车，输入r，输入进程号

然后回车，输入调整的数字：100

可以看到这里只比一开始的80多了了19，说明nice其取值范围是-20至19，一共40个级别。

而且这里的99不是比60多了19，说明Linux的PRI(new)=PRI(old)+nice里面的PRI(old)每次调整都是从80开始的。

root@iZuf68hz06p6s2809gl3i1Z:~# ps -al
F S   UID     PID    PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
0 S  1001  252931  252797  0  99  19 -   622 hrtime pts/2    00:00:00 myproc
0 T  1001  252941  252829  0  80   0 -  2932 do_sig pts/3    00:00:00 top
4 S     0  252945  252829  0  80   0 -  2846 do_wai pts/3    00:00:00 su
4 S     0  252946  252945  0  80   0 -  2690 do_wai pts/3    00:00:00 bash
4 R     0  252963  252946  0  80   0 -  2852 -      pts/3    00:00:00 ps

PRI(new)=PRI(old)+nice