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[一 站在操作系统角度，解释进程状态：运行，阻塞，挂起](#一 站在操作系统角度，解释进程状态：运行，阻塞，挂起)
[1 task_struct不是属于双链表嘛？怎么能还属于调度队列呢？](#1 task_struct不是属于双链表嘛？怎么能还属于调度队列呢？)
[2 阻塞状态](#2 阻塞状态)
[3 挂起状态](#3 挂起状态)
[1. Swap 分区](#1. Swap 分区)
[2. 进程挂起的核心操作](#2. 进程挂起的核心操作)
[3. 挂起的分类](#3. 挂起的分类)
[4. 挂起的本质](#4. 挂起的本质)
[5. 内存极端不足的处理](#5. 内存极端不足的处理)
[二 Linux中的运行状态](#二 Linux中的运行状态)
结论：进程状态，就是text_struct内部的一个整型变量
一 站在操作系统角度，解释进程状态：运行，阻塞，挂起
下面是在操作系统的角度的运行状态示意图
1 task_struct不是属于双链表嘛？怎么能还属于调度队列呢？
我们先来解释一下什么是调度队列：
调度队列是一个队列结构，是将所有的进程的形式连接起来。每个CPU都必须有调度队列）
task_struct在内核中，是用双链表实现的
内存地址是从低地址到高地址线性排列的，因此绝大多数连续存储的数据结构在内存中也遵循同样的方向布局。不同类型的存储区域会在这个线性空间中占据各自的位置。总体来说，大多数数据在内存中的组织方式都是 "低地址指向高地址"。
我们以整型为例：int是四个字节
cpp
int a = 10;CPU访问内存的基本单位---是字节
对a取地址，为什么只标识一个地址呢？按照一个字节一个字节访问不应该是四个地址吗？
因为实际取的是开辟空间数值最小的地址+类型
同样的，数组的地址和数组首元素的地址在数值上是一样的
那么结构体呢?
c语言对任何类型，开辟空间的的时候，变量的地址在数字上等于开辟的众多字节中地址最小的那个数字！
在Linux内核中，是把链式信息嵌入到text_struct中，而其中的链式信息和我们以前学习的链表有所不同：它里面只有两个指针，没有数据信息。两个指针分别是next指针（指向下一个link对象，而不是一整个节点），prev指针指向前一个link对象的prev指针
已知条件
结构体内部某一个成员变量的地址 该结构体的完整类型定义
核心目标
通过已知成员的地址和它在结构体中的偏移量，反推出整个结构体对象的起始地址，进而访问结构体的其他成员。
关键问题
如何计算该成员变量在结构体中的偏移量
我们假设起始地址是0号地址，把0号地址强转成struct obj ，就变成了整数，之后就能直接访问元素d，后取地址，得到偏移量
内核为什么要这么做？
2 阻塞状态
通俗来讲，阻塞状态就是执行某种工作时，导致进程卡住了，操作系统无法再调度它
我们来举一个最典型的情况：
在执行这个程序的时候，如果没有从键盘输入a的数据，那么程序就不会运行，就会一直卡住
键盘属于硬件，操作系统管理硬件也要先描述，再组织，硬件再底层也有对应描述的结构体（包含硬件的相关属性，进程PCB的队列）
键盘等待与进程阻塞
CPU 调度其他进程时，当前需要读取键盘数据的进程会进入键盘等待状态，被 CPU 移出调度队列，进入阻塞状态（ 表现为程序 "卡住"）。
用户按下键盘后，键盘状态更新，OS 识别到后将状态置为reading，并把该进程从键盘等待队列重新移回调度队列，进程解除阻塞。
运行和阻塞的本质，就看 task_struct 被放在了哪一个队列中！
3 挂起状态
1. Swap 分区
- Linux/Windows 系统在安装时，会在磁盘中划分一个独立区域，称为Swap 分区（交换分区），是内存的 "扩展空间"。
- 核心触发条件：内存资源不足时 ，操作系统会触发进程挂起机制。
2. 进程挂起的核心操作
- 找到内存中处于阻塞状态 的进程，将其代码和数据换出到 Swap 分区 ，仅保留PCB（进程控制块）在内存中，这种状态称为 进程挂起。
- 操作效果：释放进程占用的内存空间，缓解内存资源紧张问题。
3. 挂起的分类
- 阻塞挂起
- 进程本身处于阻塞状态，其代码和数据被换出到 Swap 分区；当设备就绪（触发进程唤醒的条件满足），PCB 重新回到调度队列，代码和数据再换入内存，进程解除阻塞 + 挂起。
- 运行挂起
- 若所有阻塞进程的代码和数据都被换出后，内存仍不足，操作系统会将处于就绪队列的进程（等待运行的进程）的代码和数据也换入 Swap 分区，称为运行挂起；仅保留 PCB 在内存，CPU 仅调度就绪队列的首个进程，其余进程排队等待。
4. 挂起的本质
- 时间换空间：牺牲进程换入 / 换出的 IO 时间，换取宝贵的内存空间。
5. 内存极端不足的处理
- 若 Swap 分区也无法缓解内存紧张，操作系统会强制终止（杀掉）部分进程，这也是程序 / 系统出现闪退、崩溃的原因之一。
swap分区不能太大，防止操作系统依赖swap
注意：单个CPU只有一个进程再跑，其他进程并没有真正的运行，此时这些进程的代码和数据本身也要占内存
二 Linux中的运行状态
在Linux 内核源代码中，介绍了Linux的几种运行状态
• 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 I/O 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。
这个时候可能就会有同学要问了：为什么Linux中没有挂起状态呢？
因为挂起状态是操作系统自己维护的，在Linux中被隐藏起来了，因为Linux觉得没必要在用户面前展现，但是挂起状态是存在的
s状态：休眠状态
s状态属于操作系统中的阻塞状态（例如前面讲到的最典型的阻塞状态：代码中里有一行scanf输入代码， 不输入时就会卡住），s状态时，可以用crtl+c或者kill-9杀掉，所以把s状态叫做可中断休眠状态，且在休眠期间，会相应外部状态
相应的，也有不可中断休眠状态---->D状态，详细的后面介绍
前后台问题
我们在用grep指令时，发现有些运行状态后面，会跟一个'+'号
这个加号表示：在Linux中，该进程在前台工作。相应的，没有加号就表示在后台工作
两种运行的指令不同：
假设文件名是mgproc.c，如果是./mgproc后直接回车，那就是前台运行（前台进程运行时，没有办法在命令行执行其他指令，但是如果是后台进程运行就能执行)
如果是./myproc & 那就会变成后台运行（注意：后台运行，没法用crtl+c"杀掉"，要用kill-9)
什么是前后台？
谁想获取键盘输入，谁就把自己变成前台程序
有且只有一个进程充当前台获取数据。如果你此时是后台，非要充当前台获取数据，操作系统会暂停你一下--->T状态
切回前台：fg 1
这里的这个1不是固定的，是在输入./myproc &后，下方出现的数字
只有前台才允许获取数据，除了前台，其他进程全是进程
为什么要有前后台？
为什么要有后台？
为了提高速率。
假如说你此时要安装一个软件，但是安装下载工作需要一些时间，这个时候就可以把它放到后台工作，就可以正常的进行命令行的输入
T状态：暂停状态
当一个进程处于非法状态，但是还不至于到操作系统"杀死"它，此时操作系统可能就会暂停这个进程
T状态也属于一种阻塞状态
kill常见信号
kill-l
查看所有的Linux中常见信号（没有0，32，33号信号） 其中：1-31号是我们要用的，34-64号叫做实时信号，不用管
目前我们只见过九号信号：kill-9我们在前面使用过，也可以将数字换成它的名称：kill-SIGKILL
认识两个信号:
18号 SIGCONT 让对应进程运行起来
19号 SIGSTOP 让对应进程暂停
如果前台进程被暂停了，就必须自动切换成后台，默认把bash设置为前台。除非我们主动唤醒它，否则一直处于T状态
t状态：进程被追踪情况下暂停
有的内核对于T，t已经不做区分
我们可以通过在gdb里面打断点 的方式来观察暂停状态
gdb调试时，是通过创建子进程。gdb遇到断点，就表示子进程暂停
D状态：磁盘休眠状态
也是一种阻塞状态
我们通过一个故事来解释一下D状态：
起因：一个进程（比如银行的账单程序）正在执行向磁盘写入1GB数据的操作。 这时系统内存不足，操作系统（OS）为了自保，直接把这个进程强制杀掉了。 2. 混乱发生： 磁盘还在慢悠悠地执行写入操作，当它发现写入出错（比如空间不足），想回头通知进程时， 却发现进程已经被OS"干掉"了。这直接导致写入操作彻底失控，银行系统因此丢失了一整天的账单数据， 造成上千万元的损失。 3. 追责与反思: 行长震怒，把OS、进程、磁盘都叫去问责。这次事故让大家意识到， 当进程在执行磁盘I/O这类关键操作时，被OS误删会引发严重的业务灾难。 4. 解决方案：D状态登场 为了避免这类问题，D状态（disk sleep，磁盘休眠状态）应运而生。 它是一种不可中断的阻塞状态
-当进程发起磁盘I/O后，就会进入D状态。 - 此时OS无法强制杀死或唤醒它，只能等磁盘I/O完成、进程自己醒来。 - 这就保护了正在执行关键I/O的进程，防止被OS误删，避免了类似银行账单丢失的事故。
如果有同学想看一下D状态，可以用AI生成dd指令，帮助实现。因为D状态是磁盘必须处于高IO，所有一般程序员其实很难见到D状态
X状态：进程死亡
X状态表示该进程死亡，它的代码和数据被操作系统释放，但是进程不能直接进入X状态，必须先进入Z状态
Z状态：僵尸状态
因为Z状态的全称是ZOMBIE，翻译过来就是僵尸的意思
我们还是通过一个故事了解一下Z状态：
一个进程退出，它的相关信息被记录在PCB中（具体看下图），被操作系统维护
僵尸进程危害：
进程的退出状态必须被维持下去，因为它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！
几个问题:
（1）如果父进程一直不读取呢？
那么子进程的·PCB就会一直维护，内存就不会释放，就会造成内存泄漏
内存泄漏问题最怕的就是进程永不退出（死循环），这种1进程叫做常驻进程
(2)父进程如何读取？
我们先给出结论，具体到后面讲解（bash也有父进程）
（3）父进程读取了之后，能看到X状态吗？
X是瞬时状态，很难看到
（4）malloc new 堆空间，free delete，如果进程退出了，内存泄漏还在吗？
不存在。这些都是申请的堆空间，但是关闭了进程，就不存在内存泄漏
（5）如果想看到Z状态，该怎么办？
孤儿进程
如果父进程先退出，子进程还在，会怎么办？
我们先来模拟出现象：
因为父进程也有自己的父进程，父进程退出之后，子进程就会被一号进程领养 （一号进程叫做systemd)，也就是被系统领养，这种进程就叫做孤儿进程
为什么要领养？
避免子进程终止后，没有父进程读取其退出状态，从而变成僵尸进程，造成内存泄漏。被领养后，init/systemd 会负责回收子进程的退出状态，释放 PCB 资源。
孤儿进程的特点
- 孤儿进程默认转为后台进程 ，无法通过
Ctrl+C杀死（Ctrl+C仅能终止前台进程）； - 孤儿进程本身不是异常进程，只是失去了父进程，能正常执行、正常退出，由领养进程完成善后
孤儿进程的用途
常用来实现后台守护进程，具体的我们在网络部分讲解
Linux进程状态总结
