1. OS教材中的進程狀態(tài)

首先我們要知道，系統(tǒng)中的進程有三個最基本也是最重要的狀態(tài)：運行、阻塞、掛起。

然后要介紹一個概念，調(diào)度隊列。

1.1 調(diào)度隊列和等待隊列

操作系統(tǒng)會為 CPU 提供一個調(diào)度隊列，它是操作系統(tǒng)內(nèi)核用于管理進程調(diào)度的核心隊列結(jié)構(gòu)，1里面存放的是所有已經(jīng)具備運行條件、等待 CPU 分配時間片的進程。

大概邏輯就是這樣。

在我們學(xué)校當(dāng)中的教材里面，絕大部分會將就緒態(tài)和運行態(tài)嚴格區(qū)分開來，教材中認為，就緒狀態(tài)是指進程已經(jīng)獲得除 CPU 以外的所有所需資源，完成了運行前的全部準(zhǔn)備工作，只等待操作系統(tǒng)調(diào)度器分配 CPU 時間片即可立即執(zhí)行的狀態(tài)。

處于就緒狀態(tài)的進程會被 操作系統(tǒng)放入調(diào)度隊列中，由調(diào)度器按照調(diào)度策略依次選擇上 CPU 運行。它與正在 CPU 上執(zhí)行的運行狀態(tài)的唯一區(qū)別，就是當(dāng)前是否占用 CPU；一旦調(diào)度器切換 CPU 使用權(quán)給該進程，它就從就緒狀態(tài)變?yōu)檫\行狀態(tài)；如果時間片用完被換下 CPU，它又回到就緒狀態(tài)繼續(xù)排隊。

1.2 阻塞和運行狀態(tài)

但是在實際的Linux 操作系統(tǒng)中，只要進程位于 CPU 的調(diào)度隊列中，內(nèi)核就統(tǒng)一將其標(biāo)記為 TASK_RUNNING 狀態(tài)，也就是我們常說的運行狀態(tài)。這里的 “運行狀態(tài)” 包含兩層含義：一種是進程正在 CPU 上真實執(zhí)行指令，另一種是進程已準(zhǔn)備就緒、在調(diào)度隊列中等待被調(diào)度器選中執(zhí)行。操作系統(tǒng)并不單獨區(qū)分 “就緒隊列” 和 “運行隊列”，凡是在調(diào)度隊列中、具備執(zhí)行條件的進程，都屬于運行狀態(tài)，調(diào)度器會按照調(diào)度算法從隊列中依次挑選進程上 CPU 運行。

所以，我們就記住：進程在調(diào)度隊列里，就可以認定它處于運行狀態(tài)。

就緒狀態(tài)和運行狀態(tài)大概了解了，接下來我們講一講阻塞狀態(tài)。為了能更好的讓大家理解，我們先看一看進程處于阻塞狀態(tài)的現(xiàn)象：

對于上圖中這個代碼，我們因為寫了一個scanf，所以需要我們先從鍵盤上寫入內(nèi)容，然后再讀取才能繼續(xù)運行。同時我們查看進程，可以看到這個myprocess可執(zhí)行程序是一個正在運行的進程，所以這種一個進程卡住不動的現(xiàn)象，就叫做阻塞。

這是從看到的現(xiàn)象中去理解阻塞的意義，那么接下來我們從操作系統(tǒng)的角度再去理解。

首先，我們寫下scanf函數(shù)并執(zhí)行之后，我們計算機中的操作系統(tǒng)就在等待鍵盤上能輸入數(shù)據(jù)。而這個鍵盤屬于是硬件設(shè)備，一旦鍵盤輸入數(shù)據(jù)，就表示鍵盤數(shù)據(jù)就緒，即硬件就緒。

操作系統(tǒng)作為硬件的管理者，管理的方式還是我們之前講過的：先描述，再組織。所以對于硬件來說，它也有對應(yīng)的類似于 struct task_struct 一樣的屬性信息結(jié)構(gòu)體。并且因為硬件不止一個，所以有 struct device *next 給鏈接起來，和我們在上篇文章中提到的操作系統(tǒng)底層的信息管理邏輯一樣。同時還存在一個指向進程描述符類型的指針 ：struct task_struct *wait_queue。

當(dāng)我們要運行這個代碼的時候：

一遇到scanf，操作系統(tǒng)就會去向鍵盤要數(shù)據(jù)，但是因為用戶還沒有通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，所以就表示硬盤未就緒，此時就相當(dāng)于該進程正在等待，那么此時，操作系統(tǒng)就會把調(diào)度隊列中的我們本來要運行的這個進程拿出來，將這個進程的PCB中的運行狀態(tài)改為阻塞狀態(tài)，再放到鍵盤設(shè)備對應(yīng)的等待隊列里。此時因為進程現(xiàn)在已經(jīng)不在調(diào)度隊列里了，那就不再參與 CPU 調(diào)度，所以才會出現(xiàn)“卡住”的樣子，直到所等待的事件發(fā)生，內(nèi)核才會將進程從等待隊列中取下，重新放回調(diào)度隊列，使其恢復(fù)運行狀態(tài)：

因此我們可以做一個總結(jié)：阻塞和運行的本質(zhì)區(qū)別，實際上就是看你這個進程的task_struct在誰提供的隊列當(dāng)中。

1.3掛起狀態(tài)

接著我們來談一談什么叫做掛起。

在操作系統(tǒng)同時運行大量進程的場景下，若系統(tǒng)檢測到物理內(nèi)存資源不足，為了優(yōu)化內(nèi)存使用、保證關(guān)鍵進程正常運行，操作系統(tǒng)會選擇一部分優(yōu)先級較低、暫時不急需執(zhí)行的進程，將其數(shù)據(jù)與代碼遷移到其他存儲空間，再釋放該進程占用的內(nèi)存。在硬件層面，磁盤上專門用于此類臨時存儲的區(qū)域稱為 swap 交換分區(qū)，它的作用就是存放這些暫時不緊急的進程數(shù)據(jù)。

那么如何判斷哪些進程屬于 “不緊急、可遷移” 的對象呢？操作系統(tǒng)通常優(yōu)先選擇處于阻塞狀態(tài)的進程。因為阻塞進程正在等待某一事件（如 I/O 完成、鍵盤輸入、資源釋放等），短期內(nèi)無法投入運行。系統(tǒng)會將這類進程的代碼、數(shù)據(jù)等從內(nèi)存換出，保存到 swap 分區(qū)，然后釋放內(nèi)存空間，供其他更活躍、更急需的進程使用。

當(dāng)阻塞進程等待的事件就緒、需要繼續(xù)執(zhí)行時，操作系統(tǒng)會將其數(shù)據(jù)從 swap 分區(qū)重新加載回內(nèi)存，使進程恢復(fù)可調(diào)度狀態(tài)，再將其放入調(diào)度隊列，等待 CPU 調(diào)度執(zhí)行。

因此，掛起狀態(tài)可以這樣定義：當(dāng) “進程的代碼、數(shù)據(jù)等內(nèi)容被暫時換出內(nèi)存、保存到磁盤的 swap 分區(qū)，僅在內(nèi)存中保留進程控制塊 task_struct 以標(biāo)識進程存在” 時，該進程所處的狀態(tài)即為掛起狀態(tài)。處于掛起狀態(tài)的進程既不占用實際內(nèi)存空間，也不參與 CPU 調(diào)度，必須先被重新調(diào)入內(nèi)存，才能繼續(xù)等待事件或參與調(diào)度。

其中，如果進程原本處于阻塞狀態(tài)，在內(nèi)存不足時被 操作系統(tǒng)換出到 swap 分區(qū)，進入掛起，這叫做阻塞掛起；如果進程原本已經(jīng)具備運行條件，在調(diào)度隊列當(dāng)中，處于運行狀態(tài)，只是因為內(nèi)存緊張而被換出到 swap 分區(qū)（這種是因為已經(jīng)將阻塞狀態(tài)的進程的數(shù)據(jù)放到swap分區(qū)后，內(nèi)存空間依然不足），那就叫做運行掛起。

關(guān)于 swap 交換分區(qū)我們還需要再詳細介紹一下：

它是操作系統(tǒng)在磁盤上劃分的一塊專用存儲空間，主要用作虛擬內(nèi)存，用來緩解物理內(nèi)存不足的問題，其空間大小一般為 內(nèi)存空間大小的 1~2 倍。當(dāng)系統(tǒng)同時運行大量進程，導(dǎo)致物理內(nèi)存資源緊張時，內(nèi)核會將部分暫時不活躍的進程數(shù)據(jù)從內(nèi)存轉(zhuǎn)移到 Swap 分區(qū)，從而騰出寶貴的物理內(nèi)存供當(dāng)前急需運行的程序使用。因此，Swap 本質(zhì)上是用磁盤空間擴展內(nèi)存容量的一種機制。

將數(shù)據(jù)從內(nèi)存寫入 Swap 分區(qū)的過程，稱為 swap out。當(dāng)掛起進程等待的事件就緒、需要繼續(xù)執(zhí)行時，操作系統(tǒng)會將之前存放在 Swap 分區(qū)中的代碼和數(shù)據(jù)重新讀回物理內(nèi)存，并恢復(fù)其運行環(huán)境。這個從 Swap 分區(qū)讀回內(nèi)存的過程，稱為 swap in。

簡單來說，Swap 分區(qū)相當(dāng)于內(nèi)存的 “后備倉庫”，swap out 負責(zé)騰出內(nèi)存，swap in 負責(zé)恢復(fù)進程運行。借助這一機制，操作系統(tǒng)既可以在內(nèi)存緊張時保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，又能實現(xiàn)進程掛起與喚醒，提升整體資源利用率。不過，swap交換分區(qū)也有一個缺點，因為 Swap 在磁盤上，速度遠慢于內(nèi)存，頻繁 swap 會導(dǎo)致系統(tǒng)卡頓。

2. 具體OS中的狀態(tài)

我們上面提到的阻塞、運行、掛起，都只是在簡單介紹它們的概念，僅僅停留在基礎(chǔ)知識，屬于是通用操作系統(tǒng)理論。但是在實際的Linux操作系統(tǒng)當(dāng)中，這三種狀態(tài)都是怎么被標(biāo)識的，到底長什么樣子，我們還不了解。

/*
*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 */
};

這是Linux操作系統(tǒng)中關(guān)于進程狀態(tài)的數(shù)組，里面存儲了進程的不同狀態(tài)。

• R 運行狀態(tài)（running）: 并不意味著進程一定在運行中，它表明進程要么是在運行中要么在運行隊列里。
• S 睡眠狀態(tài)（sleeping): 意味著進程在等待事件完成（這里的睡眠有時候也叫做可中斷睡眠（interruptible sleep））。
• D 磁盤休眠狀態(tài)（Disk sleep）有時候也叫不可中斷睡眠狀態(tài)（uninterruptible sleep），在這個狀態(tài)的進程通常會等待 IO 的結(jié)束。
• T 停止?fàn)顟B(tài)（stopped）： 可以通過發(fā)送 SIGSTOP 信號給進程來停止（T）進程。這個被暫停的進程可以通過發(fā)送 SIGCONT 信號讓進程繼續(xù)運行。
• X 死亡狀態(tài)（dead）： 這個狀態(tài)只是一個返回狀態(tài)，你不會在任務(wù)列表里看到這個狀態(tài)。
• t跟蹤停止?fàn)顟B(tài)（tracing stop）對應(yīng)內(nèi)核的 TASK_TRACED 狀態(tài)。它是 T 停止?fàn)顟B(tài)的特殊變體，專門用于調(diào)試場景。
• Z僵尸狀態(tài)（zombie）對應(yīng)內(nèi)核的 EXIT_ZOMBIE 狀態(tài)。當(dāng)子進程已經(jīng)退出，但父進程尚未通過 wait()/waitpid() 回收其退出狀態(tài)時，子進程就會進入僵尸狀態(tài)。

并且每一個狀態(tài)都有自己對應(yīng)的標(biāo)識符，標(biāo)識符以數(shù)字的形式表示。比如R狀態(tài)就用 0 代表，S 狀態(tài)就用 1 代表。

3. 查看狀態(tài)

3.1 S 可中斷睡眠狀態(tài)（sleeping)

我們首先創(chuàng)建一個文件myprocess，然后寫入代碼：

編譯運行之后，我們來查看它的狀態(tài)：

會發(fā)現(xiàn)這個進程的狀態(tài)是 S+ ，+ 到底是什么意思我們先不管，我們先看 S ，這代表這個進程目前處于睡眠狀態(tài)。但是我們的程序一直在運行??？一直在執(zhí)行while循環(huán)里面的printf語句，持續(xù)的在屏幕中打印我們所定的內(nèi)容，可為什么這個進程的狀態(tài)還是休眠呢，它不應(yīng)該是運行嗎？

我們再將 myprocess.c 文件中的代碼修改一下：

我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)程序持續(xù)執(zhí)行while空語句的時候，這個進程的狀態(tài)從原來的睡眠狀態(tài)變成了運行狀態(tài)。

這是因為，在 Linux 操作系統(tǒng)中，進程狀態(tài)會根據(jù)自身執(zhí)行行為發(fā)生明確變化。保留 printf 與注釋 printf 會讓進程呈現(xiàn)完全不同的狀態(tài)，其核心原因在于進程是否需要等待事件、是否主動放棄 CPU。

當(dāng)程序中保留 printf 與 sleep 語句時，進程會在循環(huán)中執(zhí)行輸出操作并主動等待。printf 屬于典型的輸出 I/O 操作，即進程通過系統(tǒng)調(diào)用向終端設(shè)備寫入數(shù)據(jù)，由設(shè)備驅(qū)動最終刷新顯示到屏幕；而 sleep 則讓進程主動等待指定時長。

由于 I/O 設(shè)備的處理速度遠慢于 CPU，進程在執(zhí)行 printf 時無法立即完成操作，必須等待設(shè)備響應(yīng)。此時內(nèi)核會將進程從運行隊列移出，掛入對應(yīng)的等待隊列，使其主動讓出 CPU，進入 Linux 下的可中斷睡眠狀態(tài)（S），對應(yīng)操作系統(tǒng)理論中的阻塞狀態(tài)。直到 I/O 完成或定時時間到達，進程才會被喚醒并重新放回運行隊列繼續(xù)執(zhí)行。因此在未注釋 printf 時，進程絕大多數(shù)時間都處于等待狀態(tài)，狀態(tài)標(biāo)識為 S。

當(dāng)程序注釋掉 printf 與 sleep 語句后，進程僅執(zhí)行一個無限空循環(huán)。該循環(huán)不涉及任何 I/O 操作，不等待任何外部事件，也不會主動放棄 CPU。此時進程始終具備執(zhí)行條件，要么正在 CPU 上運行，要么時間片用完后回到運行隊列等待再次調(diào)度。這兩種情況在 Linux 中統(tǒng)一表示為運行 / 就緒狀態(tài)（R）。因此注釋 printf 后，進程會持續(xù)處于 R 狀態(tài)，不會進入阻塞。

簡單來說，是否出現(xiàn)等待行為，是決定進程狀態(tài)為 R 還是 S 的根本原因：有等待則進入阻塞（S），無等待則保持運行 / 就緒（R）。

那既然進程處于 S 可中斷睡眠狀態(tài)，我們之前講過可以使用 Ctrl + C 的鍵盤操作去中斷這個進程，現(xiàn)在，我們還可以使用 kill 命令：

使用 kill -9 PID 就可以強制殺掉這個正在運行或者卡住的進程，其中 -9 是 Linux 系統(tǒng)中的信號編號，代表系統(tǒng)預(yù)定義的 SIGKILL（強制終止信號）。

Linux 操作系統(tǒng)通過信號來控制進程的行為，不同的數(shù)字對應(yīng)不同的指令：

-9 是最強制、最高優(yōu)先級的終止信號，內(nèi)核會立即殺死指定進程，不允許進程忽略、阻塞或處理，進程無法做任何清理操作，直接被系統(tǒng)強制結(jié)束。

普通的 kill PID（不帶 -9）默認使用 -15（SIGTERM），屬于溫和的退出信號，允許進程保存數(shù)據(jù)、釋放資源后正常關(guān)閉。

接著我們來講一下S+的 + 的含義：

首先我們寫出這樣一段代碼，執(zhí)行一個死循環(huán)，一直睡眠 1 秒，然后去查看進程：

大家會發(fā)現(xiàn)，此時我的進程處于 S+ 狀態(tài)，當(dāng)我再次輸入各種指令的時候，我的Shell不做任何反應(yīng)，輸入什么內(nèi)容都沒有用。其實這是因為+ 作為狀態(tài)修飾符，表明該進程是前臺進程組的成員，Linux 系統(tǒng)默認就是讓進程在前臺運行，這是系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)行為。也就是說，./myprocess 這一進程是一個前臺進程，前臺進程會占用當(dāng)前終端，可直接與用戶交互，且能接收 Ctrl+C、Ctrl+Z 等鍵盤信號，但是終端會被其占用，無法在同一窗口輸入新命令。

如果我不想讓我的進程處于前臺進程，那么可以手動的加上這一符號：

此時的狀態(tài)變成了 S ：

所以，在命令末尾添加符號 &，表示將進程放到后臺運行。此時進程狀態(tài)從 S+ 變?yōu)?S，+ 符號消失，意味著進程不再占用當(dāng)前終端，用戶可以繼續(xù)在終端輸入其他指令，且無法通過 Ctrl + C 直接終止該進程。只能通過kill指令去刪除進程。

3.2 D 不可中斷睡眠狀態(tài)（disk sleep）

D狀態(tài)也被稱為磁盤睡眠（Disk Sleep），是 Linux 中一種特殊的阻塞狀態(tài)。

當(dāng)進程需要與硬件設(shè)備進行關(guān)鍵、不可打斷的數(shù)據(jù)交互時，就會進入 D 狀態(tài)。最典型的場景是進程訪問磁盤、讀寫文件，此時進程會向磁盤設(shè)備發(fā)起 I/O 請求。由于磁盤 I/O 速度遠慢于 CPU，進程必須等待硬件完成操作，不能繼續(xù)執(zhí)行。

為了保證數(shù)據(jù)安全與設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定，內(nèi)核不允許這種等待被信號打斷。如果進程在磁盤讀寫中途被強制終止，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整、文件系統(tǒng)損壞或設(shè)備狀態(tài)異常。因此，內(nèi)核會將進程標(biāo)記為不可中斷睡眠，讓它安靜等待 I/O 結(jié)束，期間不響應(yīng)任何普通信號。

處于D狀態(tài)的進程其實會有一定的風(fēng)險。與常見的 S 狀態(tài)（可中斷睡眠）不同，處于 D 狀態(tài)的進程無法被 Ctrl+C 終止，也無法被 kill 命令殺死，即使是 kill -9 也無效。它只能等待 I/O 完成、硬件返回結(jié)果后，由內(nèi)核自動喚醒，回到 R 就緒狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。

所以，大量長期處于 D 狀態(tài)的進程會占用系統(tǒng)資源與進程描述符，導(dǎo)致系統(tǒng)可用進程數(shù)量減少，嚴重時會影響新程序啟動，甚至引發(fā)系統(tǒng)服務(wù)異常。更關(guān)鍵的是，D 狀態(tài)通常意味著 I/O 瓶頸。持續(xù)出現(xiàn) D 狀態(tài)說明磁盤或硬件設(shè)備響應(yīng)緩慢，也就是磁盤或者硬件設(shè)備老化了。會導(dǎo)致整個系統(tǒng) I/O 性能下降，文件讀寫卡頓、系統(tǒng)負載升高，用戶會明顯感覺到操作延遲、程序響應(yīng)變慢。

在極端情況下，如果磁盤故障或設(shè)備斷開導(dǎo)致 I/O 永遠無法完成，相關(guān)進程會永久卡在 D 狀態(tài)，形成不可殺死的 “僵尸化” 進程，只有重啟系統(tǒng)才能徹底清除，嚴重影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與可用性。

不過一般正常情況下，磁盤 I/O 很快，D 狀態(tài)只會短暫出現(xiàn)，用戶幾乎感知不到。但如果磁盤繁忙、I/O 阻塞或設(shè)備異常，進程會長時間停留在 D 狀態(tài)，表現(xiàn)為系統(tǒng)卡頓、進程無法殺死，這也是判斷 I/O 瓶頸的重要標(biāo)志。

由于D狀態(tài)一般不會出現(xiàn)或者說很難捕捉到D狀態(tài)，在這就不做實際演示。感興趣的可以去大模型搜索一下如何在命令行輸入指令模擬D狀態(tài)進程的出現(xiàn)，友情提示：這個實驗可能會導(dǎo)致你的操作系統(tǒng)崩潰，需要重裝。

3.3T 停止?fàn)顟B(tài)（stopped）

T 狀態(tài)即停止?fàn)顟B(tài)，表示進程被暫停執(zhí)行，不再參與 CPU 調(diào)度，但進程的內(nèi)存、打開的文件等資源依然保留，隨時可以恢復(fù)運行。

進程進入 T 狀態(tài)通常是收到了暫停類信號，最常見的是用戶在終端按下 Ctrl+Z，或是系統(tǒng)調(diào)用 kill -19 PID 發(fā)送 SIGSTOP 信號。與 S 狀態(tài)、D 狀態(tài)等待 I/O 或事件不同，T 狀態(tài)下的進程并非在等待外部條件，而是被強制凍結(jié)，內(nèi)核不會再為其分配時間片。

比如我們還是使用這段代碼：

運行之后，我們對其使用 kill -19 PID 的指令：

就會發(fā)現(xiàn)原來的進程從S+的狀態(tài)變?yōu)榱薚狀態(tài)。

處于 T 狀態(tài)的進程既不運行也不退出，只是暫時 “掛起”。它可以被 kill -18 PID（對應(yīng) SIGCONT 信號）喚醒，恢復(fù)到之前的 R 或 S 狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。這種狀態(tài)常用于調(diào)試程序、臨時暫停任務(wù)，是操作系統(tǒng)對進程精細控制的一種體現(xiàn)。

在前面講解可中斷睡眠狀態(tài)的時候，我們提到了前臺進程和后臺進程，經(jīng)過講解我們可以總結(jié)成一句話：前臺進程和后臺進程最大的區(qū)別就是，是否能接收鍵盤輸入。前臺進程占用終端，能夠獲取用戶的鍵盤操作與信號；后臺進程脫離終端控制，無法接收鍵盤輸入，用戶的按鍵操作不會傳遞給該進程。

如果現(xiàn)在有一個進程就是后臺進程，但是這個進程還需要從鍵盤中獲取輸入，操作系統(tǒng)就會把它設(shè)置為T停止?fàn)顟B(tài)，就像這種場景：

這段代碼里調(diào)用了scanf函數(shù)，所以需要從鍵盤中獲取輸入。

我們手動設(shè)置進程后臺運行，此時該進程的狀態(tài)就被設(shè)置成了 T 。

3.4t跟蹤停止?fàn)顟B(tài)（tracing stop）

這個狀態(tài)對應(yīng)內(nèi)核的 TASK_TRACED 狀態(tài)。它是 T 停止?fàn)顟B(tài)的特殊變體，專門用于調(diào)試場景。當(dāng)進程被調(diào)試器（如 gdb） attach 或設(shè)置斷點時，會收到跟蹤信號并進入此狀態(tài)。此時進程處于暫停執(zhí)行，等待調(diào)試器指令（繼續(xù)、單步、斷點恢復(fù)等）。它不僅能被 SIGCONT（kill -18）恢復(fù)，還能由調(diào)試器主動控制，是系統(tǒng)調(diào)試機制的核心狀態(tài)之一。

我們剛開始調(diào)試這段代碼的時候，先給代碼打上一個斷點，然后執(zhí)行運行指令。在我們執(zhí)行運行指令之前這段程序是沒有被運行的，所以我們看到進程里面，只有GDP調(diào)試器調(diào)用的一個myprocess的進程。當(dāng)我們運行之后由調(diào)試器創(chuàng)建了一個子進程，讓這個程序得以運行。

這個得以運行的程序的狀態(tài)就是 t 跟蹤停止?fàn)顟B(tài)。這就相當(dāng)于父進程GDP先創(chuàng)建了一個子進程，遇到斷點的時候，向子進程發(fā)起了kill 19號信號。

3.5 X死亡狀態(tài) 和 Z 僵尸狀態(tài)

為了更好的讓大家能理解，我們來講個故事：

你叫小明，是一個朝氣蓬勃的大學(xué)生，非常喜歡跑步。有一天早上六點鐘，你正沿著路上在慢跑，突然從你的后面竄出來一個八十歲的老大爺，跑的飛快宛如風(fēng)馳電掣。當(dāng)他跑到你前面一段距離的時候，突然嘎嘣一下倒在地上站不起來了。作為一個有社會道德的有為青年，你當(dāng)機立斷打了急救電話和報警電話，老大爺一個人直的不能再直的躺在地上等著，過了一段時間后警察和急救人員都趕到了。

當(dāng)趕到的時候，警察和急救人員并不是馬上就把老大爺給抬走，而是先就地檢查老大爺?shù)臓顩r，醫(yī)護人員判斷老大爺是否已經(jīng)死亡，警察人員判斷老大爺?shù)乃劳鲈虻降资鞘裁础５葯z查和判斷全部完畢之后，醫(yī)護人員才會把老大爺拉走，警察人員才會疏散現(xiàn)場。

在上面這段虛構(gòu)的故事當(dāng)中的老大爺就相當(dāng)于是一個進程，在他躺在地上的時候，就相當(dāng)于這個進程已經(jīng)結(jié)束。但是老大爺?shù)降子袥]有死亡，還不得而知，需要醫(yī)護人員來判斷。對于進程而言，當(dāng)這個進程已經(jīng)結(jié)束，但是還沒有人來檢查進程的信息的時候，在這段期間，該進程的狀態(tài)就叫做：僵尸狀態(tài)。當(dāng)信息檢查完畢，確認該進程確實真的已經(jīng)結(jié)束了，才會宣判這個進程的狀態(tài)為：死亡狀態(tài)。

不過要注意的是，死亡狀態(tài)是一個瞬時狀態(tài)，至少以我們當(dāng)前的知識儲備，是沒有直接觀察到進程處于死亡狀態(tài)的時候的。所以大家只要先了解死亡狀態(tài)的概念：死亡狀態(tài)是進程徹底退出、所有資源被內(nèi)核完全回收后的最終狀態(tài)，進程會從系統(tǒng)中徹底消失，不再留下任何信息。

我們主要要講解的是：僵尸狀態(tài)。

是 Linux 操作系統(tǒng)中進程生命周期結(jié)束后的一種特殊中間狀態(tài)。當(dāng)一個子進程執(zhí)行完畢、通過exit()系統(tǒng)調(diào)用正常退出，或因信號異常終止時，其用戶態(tài)內(nèi)存、打開的文件描述符、堆棧等運行時資源會被內(nèi)核立即釋放，但為了向父進程提供該進程的退出狀態(tài)碼、終止信號等退出信息，內(nèi)核會保留該進程的進程控制塊（PCB/task_struct）與進程號（PID），使其暫時留在進程列表中。此時進程已不再執(zhí)行任何代碼、不占用 CPU 與內(nèi)存資源，卻仍以進程形式存在，這種已終止運行但退出信息未被父進程回收的狀態(tài)，即為僵尸狀態(tài)，處于該狀態(tài)的進程稱為僵尸進程。

用一句話簡單理解就是：當(dāng)子進程已經(jīng)執(zhí)行完畢退出或被意外終止，而父進程仍在運行且未及時回收子進程的退出信息時，子進程就會處于僵尸狀態(tài)。

比如說對于這段代碼：

我們創(chuàng)建一個子進程之后，讓父子進程單獨執(zhí)行自己的語句，子進程只執(zhí)行一次printf，但父進程要持續(xù)執(zhí)行printf。當(dāng)子進程的語句已經(jīng)執(zhí)行完畢的時候，父進程依然在執(zhí)行語句。此時子進程雖然已經(jīng)結(jié)束退出了，但退出信息沒有被父進程回收。那么子進程的狀態(tài)就會變成僵尸狀態(tài)。

到這里，對于僵尸進程我們只要有四個問題：

1. 進程退出了，退出信息是什么？
2. 進程退出了，退出信息保存在哪里？
3. 檢測 Z 狀態(tài)進程，回收 Z 狀態(tài)進程，本質(zhì)是在做什么？
4. 具體怎么回收？誰來回收？

其中第四個問題因為涉及到進程控制的問題，所以我們只是簡單提一下，后續(xù)文章中會講解。

首先第一個和第二個問題：

進程的退出信息（Exit Status）是一個整數(shù)數(shù)值，通常包含兩部分核心內(nèi)容：

1. 退出狀態(tài)碼（Exit Code）：進程正常結(jié)束時返回的值（如 main 函數(shù)的返回值，通常 0 表示成功，非 0 表示錯誤類型）。

2. 終止原因（Termination Reason）：進程是如何結(jié)束的。包括：

正常退出（Normal Exit）：如 return 0、exit(1)。

異常退出（Abnormal Exit）：如被信號殺死（Segmentation Fault 段錯誤、SIGKILL 強制終止等），此時會記錄導(dǎo)致退出的信號編號

退出信息是被存儲在 當(dāng)前子進程自己的task_struct 結(jié)構(gòu)體里，也就是說子進程雖然結(jié)束了，但是它的 task_struct 是一直保留的，這也是我們能在狀態(tài)查看是看到這個子進程的PID的原因。之所以存儲 task_struct，這是為了：父進程未來通過 wait() 或 waitpid() 系統(tǒng)調(diào)用時，內(nèi)核會從這里讀取數(shù)據(jù)并復(fù)制給父進程。

exit_state就代表退出時的狀態(tài)，exit_code 就是退出編碼。

第三個問題：

本質(zhì)是在 “讀取數(shù)據(jù)” 與 “釋放占位”。

讀取數(shù)據(jù)（讀操作）：父進程通過調(diào)用 wait()/waitpid()，主動去讀取子進程 task_struct 中遺留的退出信息（退出碼 / 信號）。這是父子進程間最后的通信儀式，父進程必須確認子進程是 “成功了” 還是 “出錯了”。

釋放資源（清理操作）：當(dāng)讀取完成后，內(nèi)核確認不再需要該進程的任何信息，才會徹底釋放子進程占用的 PID（進程號） 和 task_struct 結(jié)構(gòu)。

第四個問題：

誰來回收？

主動回收：由父進程主動調(diào)用 wait() 或 waitpid() 函數(shù)。

被動 / 繼承回收：如果父進程先于子進程退出，子進程會被托管給 init 進程（PID 1） 或系統(tǒng)守護進程，由它們自動循環(huán)調(diào)用 wait() 來回收所有孤兒進程的僵尸狀態(tài)。

具體怎么回收？

阻塞等待：父進程調(diào)用 wait()，如果子進程還在運行，父進程會進入阻塞狀態(tài)（S），直到子進程退出。

獲取狀態(tài)：子進程退出后，內(nèi)核將退出信息填入 wait() 的參數(shù)中，父進程讀取。

徹底銷毀：內(nèi)核檢測到所有進程引用都已解除，釋放僵尸進程的資源，使其變?yōu)?X 狀態(tài)并消失。

以上問題回答中的 wait () ，實際上是一個系統(tǒng)調(diào)用，叫做等待函數(shù)，后續(xù)我們會提到，大家暫時只要知道有這么個東西就行。

最后還有一個問題需要大家理解：如果說父進程一直不回收子進程會怎么樣？

首先一定會出現(xiàn)的情況就是：子進程的PID也沒有被回收，如果說創(chuàng)建的進程太多，PID不夠用了，就會導(dǎo)致進程創(chuàng)建出現(xiàn)問題；另外：子進程的task_struct一直沒有被釋放，會占用內(nèi)存空間資源，這就是內(nèi)存泄漏的問題。

那么就有一個衍生的問題：如果一個對應(yīng)的進程已經(jīng)結(jié)束了，內(nèi)存泄露的問題還會存在嗎？為了讓大家能更好的理解，我說一個場景：當(dāng)你打開一個游戲正在愉快的玩耍的時候，同時你的后臺又在掛著網(wǎng)易云音樂聽歌，同時你的后臺還在下載電影，對于部分手機或者電腦來說，你就會發(fā)現(xiàn)你在玩游戲的過程當(dāng)中非常的卡頓，這就是內(nèi)存空間不足導(dǎo)致的問題。當(dāng)你把后臺下載電影的軟件關(guān)掉，音樂軟件也關(guān)掉，就會發(fā)現(xiàn)打游戲會變得無比絲滑順暢。這就相當(dāng)于釋放內(nèi)存，清理內(nèi)存空間的操作。

所以我們可以得到結(jié)論：如果一個進程已經(jīng)結(jié)束了，那么該進程導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏問題就會消失。

所以對于我們平時使用的絕大部分軟件，除非當(dāng)我們點擊退出，否則這個軟件程序就會一直運行，其本質(zhì)上就是這個軟件在進行死循環(huán)，屬于內(nèi)存泄漏問題。像這種一直運行的進程，就叫做常駐進程。

3.6 孤兒進程

我們前面提到了，如果子進程運行已經(jīng)結(jié)束或被信號等其他指令殺死，且父進程還沒有回收子進程的退出信息，那么子進程的狀態(tài)就會被判定為僵尸狀態(tài)。就相當(dāng)于，父進程還在運行，但子進程先退出了。那如果是父進程先退出了，子進程還在運行，那么會是什么情況呢？

這就涉及到一個進程概念：孤兒進程。

孤兒進程是指在程序運行過程中，父進程先于子進程退出，而子進程仍然繼續(xù)執(zhí)行所形成的特殊進程。當(dāng)父進程正常結(jié)束或異常終止后，原本由其管理的子進程失去了原有的父進程，便成為孤兒進程。

我們以這段代碼為例：

我們使用這一行指令來控制持續(xù)查看進程：

大家會發(fā)現(xiàn)，當(dāng)子進程一直在進行的時候父進程已經(jīng)結(jié)束了，于是在下一次執(zhí)行程序的時候，子進程的PPID就由原來的5568變成了 1 ，而 1 就代表操作系統(tǒng)的初始進程，即操作系統(tǒng)內(nèi)核 PID=1的進程。所以此時該子進程就變成了一個孤兒進程，并且交給了 PID = 1 的進程，即操作系統(tǒng)內(nèi)核托管。

之所以會被回收托管，是 為了保證系統(tǒng)資源能夠正?；厥眨琇inux 內(nèi)核會自動將這類孤兒進程 “過繼” 給系統(tǒng)中的 init 進程（PID 為 1）或 systemd 進程托管，由其負責(zé)后續(xù)的資源回收工作，因此孤兒進程在退出時會被及時清理，不會像僵尸進程那樣長期占用系統(tǒng)資源。

同時，我們發(fā)現(xiàn)子進程的進程狀態(tài)由原來的 S+ 變成了 S ，也就是從前臺進程變成了后臺進程，所以當(dāng)我們想使用 Ctrl+C 的操作去關(guān)閉進程的時候，是關(guān)閉不了的，只有通過kill指令才能關(guān)閉。這是因為：S+ 中的 + 代表進程屬于前臺終端進程組，與控制終端關(guān)聯(lián)。當(dāng)父進程（終端 Shell）退出后，孤兒進程被內(nèi)核重新托管給 init 進程，并脫離原終端，不再屬于前臺進程組，因此 + 符號消失，狀態(tài)變?yōu)?S。進程本身仍處于可中斷睡眠狀態(tài)，并未發(fā)生本質(zhì)改變。

4. 進程優(yōu)先級基本概念

進程優(yōu)先級是操作系統(tǒng)用于決定多個進程誰先獲得 CPU 資源、誰后執(zhí)行的調(diào)度依據(jù)，它決定了進程在競爭處理器時的 “重要程度” 和 “排隊順序”。優(yōu)先級越高的進程，在系統(tǒng)資源緊張時越容易被調(diào)度器優(yōu)先選中運行；優(yōu)先級越低，則越容易被高優(yōu)先級進程 “搶占”，等待時間更長。

5.查看系統(tǒng)進程

我們前面學(xué)習(xí)過 ps axj 指令，可以查看到進程的PID和其他的詳細信息，現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)ps -l 指令：

我們先執(zhí)行了一個程序 peocessTest，然后查看它的進程信息。首先我們來看UID，這代表啟動這個程序的用戶的名稱，因為對于操作系統(tǒng)來說，它會把我們的用戶名轉(zhuǎn)化成一個編號以用來區(qū)分是誰運行了哪些程序。比如我的用戶名 chen ，在操作系統(tǒng)中的編號就是 1001 ：

其次，進程信息中的 PRI 和 NI 就代表優(yōu)先級信息。

6. PRI 和 NI

PRI 是進程的實際優(yōu)先級（Priority），由操作系統(tǒng)內(nèi)核動態(tài)計算和調(diào)度，數(shù)值越小表示進程優(yōu)先級越高，越容易被 CPU 優(yōu)先執(zhí)行。

NI 即 nice 值，是用戶可以手動設(shè)置的優(yōu)先級修正值，用于影響最終的 PRI。之所以叫 nice ，是因為全稱是 nice value，其中的nice的中文意思是：（調(diào)度器）偏好 / 友好程度。

nice 越低（越嚴格）：進程的優(yōu)先級越高，系統(tǒng)會優(yōu)先照顧它（比如實時任務(wù)、關(guān)鍵服務(wù)）。

nice 越高（越客氣）：進程的優(yōu)先級越低，系統(tǒng)會盡量少占用它的資源（比如后臺任務(wù)、非關(guān)鍵進程）。

在 Linux 中，nice 值范圍通常為 -20 ～ 19，NI 越小，優(yōu)先級越高；NI 越大，優(yōu)先級越低。普通進程的 PRI 一般會在默認基礎(chǔ)上加上 nice 值得到最終優(yōu)先級，用戶通過調(diào)整 NI 可以間接控制進程優(yōu)先級，普通用戶只能調(diào)高 NI（降低優(yōu)先級），只有 root 權(quán)限才能降低 NI（提升優(yōu)先級）。

系統(tǒng)調(diào)度器依據(jù) PRI 分配 CPU 時間片，從而保證重要進程更及時地運行。

手動修改 NI 值的方法就是調(diào)用 top 命令：

當(dāng)我們輸入top指令的時候，會彈出來當(dāng)前操作系統(tǒng)內(nèi)所有正在運行的進程。然后我們再按一下R鍵，系統(tǒng)會提醒我們要把哪個進程的 NI 值進行修改，接著輸入進程的 PID ，然后再輸入你想把該進程的優(yōu)先級改成多少：

比如我們把 NI 改成 10 ，那PRI就會變成 90 。

所以這里優(yōu)先級的改變有一個公式：PRI(new) = PRI(old) + NI ；其中這里的 PRI(old)指的是進程的初始的PRI。

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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