进程状态和进程优先级

目录

1.进程状态

1.1Linux内核源代码怎么说

1.2进程状态查看

1.3Z(zombie)-僵⼫进程

1.4僵⼫进程危害

1.5孤⼉进程

1.5.1如何结束孤儿进程

2.进程优先级

2.1基本概念

2.2查看系统进程

[2.3PRI（Priority进程优先级）和 NI（Nice进程谦让值）](#2.3PRI（Priority进程优先级）和 NI（Nice进程谦让值）)

[2.4查看 / 修改进程优先级的命令](#2.4查看 / 修改进程优先级的命令)

2.5竞争、独⽴、并⾏、并发

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1.进程状态

1.1Linux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。

• 运行：即进程在调度队列中，进程的状态都是running！
• 阻塞：等待某种设备或者资源就绪（键盘，显示器，网卡，磁盘，摄像头，话筒...）
• OS要管理系统种的各种硬件资源，先描述，再组织！因此，进程状态的变化，表现之一，就是要在不同的队列中进行流动。本质都是数据结构的增删查改。

1.2进程状态查看

• ps aux / ps axj 命令
• ps ajx | head -1 && ps ajx | grep 关键字 打印表头并过滤想要的信息（grep -v反向过滤）
• while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep myprocess;sleep 1; done（1秒查一次）

• a：显⽰⼀个终端所有的进程，包括其他⽤⼾的进程。
• x：显⽰没有控制终端的进程，例如后台运⾏的守护进程。
• j：显⽰进程归属的进程组ID、会话ID、⽗进程ID，以及与作业控制相关的信息
• u：以⽤⼾为中⼼的格式显⽰进程信息，提供进程的详细信息，如⽤⼾、CPU和内存使⽤情况等

1.3Z(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

总结产生僵尸进程的原因：子进程已经退出，但父进程没调用 wait () 读取它的退出状态，导致子进程的进程描述符还留在系统进程表里，这种状态就是僵尸进程，标识为 Z。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main() {
    // 创建子进程
    pid_t id = fork();

    if (id < 0) {
        // fork 失败
        perror("fork");
        return 1;
    } 
    else if (id > 0) {
        // 父进程逻辑：睡眠30秒，期间不处理子进程退出状态
        printf("parent[%d] is sleeping...\n", getpid());
        sleep(30);
    } 
    else {
        // 子进程逻辑：睡眠5秒后退出，成为僵尸进程
        printf("child[%d] is begin Z...\n", getpid());
        sleep(5);
        exit(EXIT_SUCCESS);
    }

    return 0;
}

上述代码子进程5秒后退出，但父进程没使用wait()

我们可是在父进程部分的代码增加：

int status;
wait(&status);

wait(&status) 调用后，父进程会立即进入阻塞状态，直到有子进程退出，然后内核会回收这个子进程的资源（避免僵尸），并把退出状态写入 status，之后父进程才会继续执行后续代码。

1.4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！

1.5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。
• 孤儿进程会被1号进程（通常是init或systemd）接管并回收，以避免资源泄漏。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>  // 补充pid_t类型的头文件，避免编译警告

int main() {
    // 创建子进程
    pid_t id = fork();

    // 检查fork是否失败
    if (id < 0) {
        perror("fork");
        return 1;
    }
    // 子进程逻辑
    else if (id == 0) {
        printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
        sleep(10);  // 子进程睡眠10秒
    }
    // 父进程逻辑
    else {
        printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
        sleep(3);   // 父进程睡眠3秒后退出
        exit(0);
    }

    return 0;
}

1.5.1如何结束孤儿进程

如下，我们看见父进程退出后孤儿进程无法用 Ctrl+C 结束，因为Ctrl+C 发送的 SIGINT 信号仅作用于终端前台进程组，父进程退出后，孤儿进程被 1 号进程接管并脱离原前台进程组，进入后台，因此收不到该信号，无法响应 Ctrl+C。

我们可以使用kill指令结束孤儿进程

kill -9 进程号

2.进程优先级

2.1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 改善 系统整体性能。

总结：

是什么？

是进程得到CPU资源的先后顺序

为什么？

目标资源稀缺，导致通过优先级确认谁先谁后的问题！

怎么办？

优先级在linux中也是一种数字，int，task_struct

值越低，优先级越高，反之，优先级越低

基于时间片的分时操作系统，考虑公平性，优先级可能变化，但是变化幅度不能太大

优先级vs权限

优先级：能得到资源，先后的问题。

权限：是都能得到某种资源。

2.2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

ls -n：用数字 UID/GID 代替用户名 / 组名

所以Linux系统通过比对当前用户的UID与文件权限设置，来判断用户是否具备操作该文件的权限。

2.3PRI（Priority进程优先级 ）和 NI（Nice进程谦让值）

• 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。
• PRI：进程的优先级，默认：80
• NI：进程优先级的修正数据，又称nice值
• 进程真实的优先级=默认PRI值（80）+ NI

2.4查看 / 修改进程优先级的命令

修改进程优先级：

• 使用top指令后按"r"‒>输⼊进程PID‒>输⼊nice值
• 其他调整优先级的命令：nice，renice
• 系统函数：

查看进程优先级：

ps -al | head -1 && ps -al | grep 进程名

2.5竞争、独⽴、并⾏、并发

• 竞争性: 系统进程数⽬众多，⽽CPU资源只有少量，甚⾄1个，所以进程之间是具有竞争属性的。为 了⾼效完成任务，更合理竞争相关资源，便具有了优先级
• 独⽴性: 多进程运⾏，需要独享各种资源，多进程运⾏期间互不⼲扰
• 并⾏: 多个进程在多个CPU下分别，同时进⾏运⾏，这称之为并⾏（比如有两个CPU，两个进程在不同CPU上同时运行，这两个进程称之为并行）
• 并发: 多个进程在⼀个CPU下采⽤进程切换的⽅式，在⼀段时间之内，让多个进程都得以推进，称之为并发（多个进程共享同一个CPU资源）