【Linux】Linux进程状态和僵尸进程：一篇看懂“进程在忙啥”

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文章目录

• • 一、先搞懂：进程状态藏在哪？
  • 二、课本里的核心逻辑：3句话说透
  • 三、基础三态：运行、阻塞、挂起（大白话版）
  • • [1. 运行态："在工位上，要么干活要么等活"](#1. 运行态：“在工位上，要么干活要么等活”)
    • [2. 阻塞态："等材料，暂时离开工位"](#2. 阻塞态：“等材料，暂时离开工位”)
    • [3. 挂起态："工位不够，去临时仓库待着"](#3. 挂起态：“工位不够，去临时仓库待着”)
  • 四、内核小知识：用"链表"管进程
  • 五、Linux实际进程状态：逐个拆，附代码
  • • [1. R状态：运行态（Running）](#1. R状态：运行态（Running）)
    • [2. S状态：可中断休眠（浅睡眠）](#2. S状态：可中断休眠（浅睡眠）)
    • [3. T状态：暂停态（Stopped）](#3. T状态：暂停态（Stopped）)
    • [4. t状态：断点态（Trace Stopped）](#4. t状态：断点态（Trace Stopped）)
    • [5. D状态：不可中断休眠（深睡眠）](#5. D状态：不可中断休眠（深睡眠）)
    • [6. Z状态：僵尸态（Zombie）](#6. Z状态：僵尸态（Zombie）)
    • [7. X状态：死亡态（Dead）](#7. X状态：死亡态（Dead）)
  • 六、孤儿进程：爹跑了，谁管孩子？
  • • 为啥要领养？
  • 七、总结：3个核心记牢

一、先搞懂：进程状态藏在哪？

进程不是"黑盒子"，它的所有信息------比如在干啥、代码存在哪、有啥权限------都记在一个叫task_struct的"档案本"里。而进程状态，就是这个档案本里的一个整数，像员工的"工作状态标签"，直接告诉操作系统"这进程现在能干活不"。

二、课本里的核心逻辑：3句话说透

不管啥操作系统，进程状态的底层逻辑都逃不开这3点（对应你放的课本截图）：

1. 进程不只有"跑"和"不跑"，有好几种状态；
2. 状态能互相转------比如"等键盘输入"时会从"能跑"变"等着"，输入完又变回去；
3. 只有"运行状态"的进程，才真正拿着CPU干活。

三、基础三态：运行、阻塞、挂起（大白话版）

咱们用"工厂干活"的例子理解，比硬记定义简单：

1. 运行态："在工位上，要么干活要么等活"

操作系统里，每个CPU都有一个"调度队列"（像工厂的"待岗工位"），里面放的全是task_struct（进程档案本）。
只要进程在这个队列里，状态就是运行态（Running） ------不管是正在被CPU"叫去干活"，还是排队等CPU，都算运行态。

调度时，CPU会按规则（比如"先进先出"FIFO）从队列里挑一个档案本，找到对应的代码和数据，让它跑起来。

2. 阻塞态："等材料，暂时离开工位"

比如你写了个带scanf的程序------运行后不敲键盘，进程就"卡住了"。这不是它偷懒，是它在等"键盘输入"这个"材料"，这就是阻塞。

操作系统怎么管这种情况？它会给每个硬件（键盘、磁盘、网卡）建个"设备档案"（struct device），档案里专门留了个"等待队列"------所有等这个硬件的进程，都会被移到这个队列里。

简单说：阻塞 = 进程档案本从"调度队列"挪到"硬件等待队列" ，直到"材料"备好（比如你敲了键盘），再挪回调度队列。

3. 挂起态："工位不够，去临时仓库待着"

如果内存实在不够（工厂工位满了），操作系统会把进程的"代码和数据"挪到磁盘（临时仓库），只留task_struct（档案本）在内存------这叫"阻塞挂起"（本来就在等材料，现在连工具都收起来了）。

要是内存还不够，连调度队列里的进程也会被挪去磁盘，叫"运行挂起"（本来在等活，现在先去仓库）。

不过不用记这么细------Linux里不细分挂起态 ，咱们重点看实际能用的状态就行。

四、内核小知识：用"链表"管进程

操作系统不是瞎管进程的，靠的是"链表"这种数据结构。Linux用的是list_head链表，特点很实用：

• 每个task_struct里可以放多个list_head（像一个员工有多个"身份标签"）；
• 这样一个进程能同时属于多个链表------比如既在"进程组链表"，又在"调度队列链表"；
• 想通过list_head找到完整的task_struct？靠"地址偏移"------知道list_head在档案本里的位置，就能算出整个档案本的地址。

简单说：进程状态切换，本质就是list_head在不同链表间"挪位置" ，无非是增删查改的操作。

五、Linux实际进程状态：逐个拆，附代码

Linux的进程状态存在task_state_array里，咱们逐个讲，每个都给代码例子，跟着做就能看懂。

1. R状态：运行态（Running）

• 特点：在调度队列里，要么正在跑，要么等CPU；不能被kill打断（想停它得等它自己出队列）。
• 为啥有时查不到？比如printf这种操作太快，进程瞬间切到其他状态，得用"死循环不做IO"才能稳定抓到。

代码例子（抓R状态）：

#include <stdio.h>
int main() {
    while(1); // 死循环，不做任何IO，一直待在调度队列
    return 0;
}

• 操作步骤：
  1. 编译：gcc test.c -o test；
  2. 后台运行（不占终端）：./test &；
  3. 查看状态：ps aux | grep test，会看到状态是R。

（注：状态后的+表示"前台进程"，后台进程没有+）

2. S状态：可中断休眠（浅睡眠）

• 特点：等资源（键盘、文件），处于"浅睡"；能被kill命令打断（比如等输入时，kill一下就退出）。
• 最常见的阻塞态，比如scanf等输入、读文件时都算S状态。

代码例子（抓S状态）：

#include <stdio.h>
int main() {
    int a;
    scanf("%d", &a); // 等键盘输入，进程阻塞，状态变S
    printf("%d\n", a);
    return 0;
}

• 操作步骤：
  1. 运行：./test，不输入任何内容；
  2. 另开终端查状态：ps aux | grep test，状态是S；
  3. 测试kill：kill 进程号，进程会直接退出（S状态能被打断）。

3. T状态：暂停态（Stopped）

• 特点：进程被"暂停"，既不在调度队列也不在等待队列；得用命令恢复 （kill -18）。
• 触发方式：按ctrl+z暂停前台进程，或用kill -19手动暂停。

操作例子：

1. 运行上面的scanf程序：./test；
2. 按ctrl+z，终端提示"已暂停"；
3. 查状态：ps aux | grep test，状态是T；
4. 恢复：kill -18 进程号，进程继续等输入；
5. 再暂停：kill -19 进程号，变回T。

4. t状态：断点态（Trace Stopped）

• 特点：只有调试时会出现！进程在断点处停下，比如gdb设断点后运行。

操作例子：

1. 用gdb调试：gdb ./test；
2. 设断点：b main（在main函数开头停）；
3. 运行：r；
4. 另开终端查状态：ps aux | grep test，状态是t。

5. D状态：不可中断休眠（深睡眠）

• 特点：等"关键资源"（比如磁盘IO），处于"深睡"；kill -9都杀不掉（怕打断磁盘操作导致数据损坏）。
• 常见场景：用dd命令拷贝大文件时。

操作例子（抓D状态）：

1. 执行磁盘读写命令：dd if=/dev/zero of=/tmp/test bs=1G count=10（往/tmp写10G文件）；
2. 另开终端查状态：ps aux | grep dd，状态是D；
3. 试杀：kill -9 进程号，进程纹丝不动，直到磁盘操作完成才退出。

6. Z状态：僵尸态（Zombie）

• 特点：子进程退出了，但父进程没"要它的退出信息"（比如退出码），只剩task_struct（档案本）在内存；不能被调度，也杀不掉（因为进程已经死了，只剩空壳）。
• 风险：僵尸进程占内存，父进程一直不管就会"内存泄露"（尤其是开机就跑的常驻进程）。

代码例子（造僵尸进程）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t pid = fork(); // 创建子进程
    if (pid == 0) {
        // 子进程：直接退出，没被回收
        printf("子进程PID：%d\n", getpid());
        return 0;
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程：死循环，不回收子进程
        while(1) sleep(1); 
    }
    return 0;
}

• 操作步骤：
  1. 运行：./test；
  2. 查状态：ps aux | grep test，会看到子进程状态是Z；
  3. 解决办法：让父进程调用wait()回收，或杀掉父进程（子进程会被领养）。

（注：slab是Linux内核的内存分配机制，专门管理像task_struct这样的小对象，僵尸进程的task_struct就存在这里，不回收会占 slab 内存）

7. X状态：死亡态（Dead）

• 特点：进程彻底退出，所有资源（代码、数据、task_struct）被OS回收；看不到这个状态（因为瞬间就没了），只是理论上的状态。

六、孤儿进程：爹跑了，谁管孩子？

如果父进程先退出，子进程没人管，就成了"孤儿进程"------这时候Linux会让1号进程领养它：

• 新内核（比如Ubuntu、CentOS 7+）：1号进程是systemd；
• 老内核：1号进程是init。

为啥要领养？

怕孤儿进程退出后没人回收，变成僵尸进程，导致内存泄露。1号进程会负责"要它的退出信息"，相当于"福利院"。

代码例子（造孤儿进程）：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main() {
    pid_t pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程：睡10秒，等父进程先退出
        printf("子进程PID：%d，当前父进程PID：%d\n", getpid(), getppid());
        sleep(10); 
        printf("子进程现在父进程PID：%d\n", getppid()); // 会变成1
        return 0;
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程：马上退出，不管子进程
        printf("父进程退出，PID：%d\n", getpid());
        return 0;
    }
    return 0;
}

• 操作步骤：
  1. 运行：./test；
  2. 父进程瞬间退出，子进程一开始的父进程是终端（比如bash）；
  3. 10秒后，子进程的父进程变成1（被1号进程领养）；
  4. 孤儿进程会变成后台进程，终端看不到它的输出（除非重定向）。

七、总结：3个核心记牢

1. 进程状态本质：task_struct在不同链表间挪位置（调度队列、等待队列）；
2. Linux重点状态：R（跑）、S（浅睡等资源）、D（深睡杀不掉）、Z（僵尸要回收）、T（暂停）；
3. 孤儿/僵尸处理：孤儿找1号进程领养，僵尸靠父进程wait()回收，避免内存泄露。