Linux 进程状态

为了更好的去了解进程，本博客来看看进程的每一种状态

1.就绪，阻塞，挂起

一般的操作系统的进程状态可以分为就绪，阻塞，挂起三种状态。

就绪：

资源已经准备就绪，进入就绪队列，随时可以被调度。

阻塞：

进程在阻塞状态下，通常是因为它正在等待某些资源的就绪，比如等待 I/O 操作完成、等待文件锁定、等待网络响应等。进程在这个状态下并不会占用 CPU 时间，而是进入等待队列，直到所需的资源变得可用，才会被操作系统重新调度执行。

阻塞的原因：

I/O 操作：例如，读取文件、网络请求、硬盘访问等。
资源等待：例如，等待 CPU 时间片、内存、锁等。
同步等待：例如，等待其他进程的信号或消息。

阻塞状态的表现：

阻塞状态的进程不能继续执行，直到它所等待的资源或事件发生。
阻塞的进程进入操作系统的等待队列，并不占用 CPU 资源。
操作系统根据不同的等待类型（I/O、锁等）将进程排入不同的队列。

例子：

假设你在使用某个应用程序，它需要从网络获取数据。在等待数据从服务器返回之前，进程就会进入阻塞状态。在此期间，它不会占用 CPU，而是等待数据返回。

挂起：

挂起是进程脱离就绪或者阻塞队列，同时不会被CPU调度的一种表现，操作系统挂起进程的核心是优化资源利用率、支持多任务协作或保障系统稳定性。

挂起的原因：

用户手动挂起进程：用户通过终端或工具主动暂停进程，方便后续恢复。例：Linux中 Ctrl+Z 发送 SIGTSTP 信号，将前台进程置为停止态（T状态）
系统调度优化：内核调度器为提升整体效率，主动挂起低优先级进程例：采用"抢占式调度"的系统中，高优先级进程就绪时，会挂起当前运行的低优先级进程；CPU负载过高时，挂起部分非核心进程，保障系统服务稳定。
调试或异常处理：调试器（如gdb）发送 SIGSTOP 信号，将目标进程置为跟踪态（T状态），方便逐行调试；

挂起状态的表现：

脱离CPU调度队列：挂起进程不会出现在CPU就绪队列中，调度器不会分配CPU时间片，
上下文完整保留：进程的PCB（进程控制块）、内存空间、寄存器数据、程序计数器等均被保留，唤醒后可无缝恢复执行（如同暂停视频后继续播放）。
执行停滞：进程的代码不再推进，不会进行任何运算或I/O操作（除非是挂起前已发起的异步I/O，如磁盘读写，完成后会唤醒进程）。
资源占用不变：进程仍占用已申请的内存、文件句柄、网络连接等资源，不会释放（区别于"终止态"），如果内存资源紧张，操作系统会进行内存的换入换出。

ps：内存不足是不会把进程挂起的，内存的换入和换出和进程的挂起是两个概念。

2. 看看Linux源码对于状态的定义

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。

操作系统为了管理那些已经就绪，等待被cpu处理的进程，有一个运行队列的结构体，来管理这些已经就绪的进程，当一个进程已经就绪后，就会被放入到运行队列里面，排队等待cpu处理，但是不是非要把一个进程执行完毕后，才从cpu上面剥离，会有时间片的概念，时间片到了，就从cpu上面剥离下来，cpu处理下一个进程，进程被拿上去，拿下来的动作叫做进程切换。

S睡眠状态（sleeping): 意味着进程在等待资源就绪（这里的睡眠有时候也叫做可中断睡眠

（interruptible sleep））。

像上面的代码中，代码运行时，其实有大部分都在等待显示器资源的就绪，所以大部分时间都处于阻塞状态（如果没有printf，而是只有循环的话，那就会一直处于运行状态）。

**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。

这里先引入一个概念，当进程还没有被CPU调度时，由于内存资源的不足，操作系统可能会把进程的PCB保留，把代码和数据交换到外设，这叫做换出，当需要使用时，在加载到内存中，这叫做换入。

当内存资源严重不足时，进行了换入换出操作时，内存资源还是不足时，操作系统就会开始"杀"进程了，会把它觉得不重要的进程给结束掉，那么如果一个进程在向磁盘写入数据的时候被操作系统杀掉了呢？写入的数据就会丢失掉，为了防止这种情况，在进行大量的IO的情况时，进程就会处于深度睡眠状态，来防止数据的丢失，这种情况下，操作系统是不能杀掉这个进程的，只有等待IO结束后自己退出。

这里的S,D状态都叫做阻塞状态，由于某种资源未就绪，有可能是键盘，显示屏，鼠标，也有可能是另一个进程，而导致PCB没有在运行队列中排队，在其他资源的阻塞队列中排队，所以在操作系统中有非常非常多的阻塞队列，当进程等待的资源就绪后就会把自己重新列入到CPU的运行队列里面排队。

**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。

输入19号信号就可以让进程暂停

发送19号后进程状态变为T

ps：暂停状态属于挂起状态。

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。

3.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。

代码演示：

cpp 复制代码

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 void runchild()
  5 {
  6         int cnt=1;
  7         while(cnt)
  8         {
  9                 printf("I am child:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
 10                 sleep(1);
 11                 cnt--;
 12         }
 13 }
 14 int main()
 15 {
 16         for(int i=0;i<5;i++)
 17         {
 18                 pid_t id=fork();
 19                 if(id==0)
 20                 {
 21                         runchild();
 22                         exit(0);
 23                 }
 24         }
 25         sleep(15);
 26         return 0;
 27 }

我们使用fork()函数创建5个子进程，让它们执行同一个任务，之后退出，父进程则等待15秒后再退出。

这个时候我们发现子进程的状态都变成了Z+，也就是处于了僵尸状态。

危害：

资源占用：尽管僵尸进程不再执行任务，但它们仍然占据着PID等资源。如果系统中存在大量僵尸进程，它们会导致进程表的资源被占满，影响系统的正常运行。
内存泄漏：未及时回收的僵尸进程会导致内存泄漏，增加系统的负担，影响系统稳定性。

处理方法：使用进程wait（）函数可以解决，后面会细说。

4. 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"

孤儿进程被1号init进程领养，当然要有init进程回收喽。

对代码稍作修改，让父进程先退出。

cpp 复制代码

 1 #include<stdio.h>
  2 #include<unistd.h>
  3 #include<stdlib.h>
  4 void runchild()
  5 {
  6         int cnt=5;
  7         while(cnt)
  8         {
  9                 printf("I am child:%d,ppid:%d\n",getpid(),getppid());
 10                 sleep(1);
 11                 cnt--;
 12         }
 13 }
 14 int main()
 15 {
 16         for(int i=0;i<5;i++)
 17         {
 18                 pid_t id=fork();
 19                 if(id==0)
 20                 {
 21                         runchild();
 22                         exit(0);
 23                 }
 24         }
 25         return 0;
 26 }

可以看到子进程的父进程被1号进程收养，变成了1号进程的子进程。

5.孤儿进程和僵尸进程的对比

1. 定义

孤儿进程：父进程先于子进程退出，子进程被 init 进程（PID=1）或 systemd 接管，仍能正常运行。

僵尸进程：子进程先于父进程退出，但父进程未调用 wait() / waitpid() 回收子进程的退出状态，子进程残留PCB（进程控制块）成为僵尸。
2. 产生原因

孤儿进程：父进程由于某种原因先退出，未等待子进程结束。

僵尸进程：父进程未处理子进程的 SIGCHLD 信号，也未主动回收子进程资源。

3. 系统影响

孤儿进程：无负面影响，被 init 接管后，子进程退出时会被 init 自动回收，不会残留资源。

僵尸进程：占用PCB资源（PID、退出状态等），PID是有限资源，大量僵尸进程会导致系统无法创建新进程。

4. 解决方法

孤儿进程：无需特殊处理，系统自动接管回收；也可在父进程中通过信号或等待机制避免父进程提前退出。

僵尸进程：

父进程主动调用 wait() / waitpid() 阻塞或非阻塞回收子进程；
父进程注册 SIGCHLD 信号处理函数，在信号回调中回收子进程；
父进程fork后立即exit，让子进程被 init 接管（避免父进程未回收）。