【Linux系统】07 进程状态

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一、回顾：PCB（task_struct）

[二、Linux 内核的进程状态（内核源码定义）](#二、Linux 内核的进程状态（内核源码定义）)

[1. R 运行状态（TASK_RUNNING）](#1. R 运行状态（TASK_RUNNING）)

[2. S 睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）可中断睡眠](#2. S 睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）可中断睡眠)

[3. D 深度睡眠（TASK_UNINTERRUPTIBLE）不可中断睡眠](#3. D 深度睡眠（TASK_UNINTERRUPTIBLE）不可中断睡眠)

[4. T 停止状态（TASK_STOPPED）](#4. T 停止状态（TASK_STOPPED）)

[5. Z 僵尸状态（TASK_ZOMBIE）【重中之重】](#5. Z 僵尸状态（TASK_ZOMBIE）【重中之重】)

[6. X 死亡状态（TASK_DEAD）](#6. X 死亡状态（TASK_DEAD）)

三、孤儿进程

孤儿进程演示代码

四、僵尸进程演示代码

五、进程状态查看实操命令

六、进程优先级

查看优先级

七、进程的其他基础概念

[1. 进程的独立性](#1. 进程的独立性)

[2. 进程组 & 会话](#2. 进程组 & 会话)

八、面试高频问题

[Q1：R 状态代表进程一定正在 CPU 上运行吗？](#Q1：R 状态代表进程一定正在 CPU 上运行吗？)

[Q2：D 状态进程 kill -9 能否杀掉？](#Q2：D 状态进程 kill -9 能否杀掉？)

Q3：僵尸进程和孤儿进程区别？

Q4：如何处理僵尸进程？

[Q5：nice 值的范围和作用？](#Q5：nice 值的范围和作用？)

九、小结

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一、回顾：PCB（task_struct）

Linux 下每一个进程都有一个 PCB，结构体task_struct，里面包含大量描述进程属性信息：

• 进程 id：pid
• 内存描述：虚拟地址空间信息
• 寄存器上下文（进程切换时保存的硬件上下文）
• 文件描述符表
• 进程状态 state（本文核心成员）
• 优先级、调度相关属性
• 信号相关信息

操作系统通过 PCB 管理进程，状态就是用来判断这个进程是否可以被调度器调度到 CPU 上运行。

二、Linux 内核的进程状态（内核源码定义）

内核源码中，state 是整数，不同数字代表不同状态。

1. R 运行状态（TASK_RUNNING）

包含两种场景： ① 进程正在 CPU 上执行； ② 进程已经准备就绪，放到运行队列里，等待 CPU 调度（就绪状态）。

✅ 关键点： Linux 内核把就绪态 + 运行态统一归类为 R 状态，不像课本分开。只要进程准备好了，随时可以上 CPU 执行，就是 R 状态。

查看进程状态命令：

ps aux

或者动态观察

top

2. S 睡眠状态（TASK_INTERRUPTIBLE）可中断睡眠

进程等待某个事件，主动放弃 CPU，进入睡眠。 可中断 ：可以被信号唤醒。 场景举例：cin/cout等待用户输入、进程等待读磁盘数据，此时进程不占用 CPU，挂在等待队列。

通俗理解：进程在等资源，等待期间可以收到信号被唤醒。

3. D 深度睡眠（TASK_UNINTERRUPTIBLE）不可中断睡眠

不可中断睡眠，不能被信号唤醒 ！ 这个状态非常关键，面试高频考点。 什么时候出现：进程正在和硬件交互（比如读写磁盘），此时不能被打断。 如果此时收到 kill 信号，杀不掉 D 状态进程。

为什么设计 D 状态？防止进程在硬件 IO 操作中途被打断，造成数据损坏。 现象：kill -9 也无法杀死 D 状态进程，只能等 IO 完成，或者重启服务器。

4. T 停止状态（TASK_STOPPED）

进程被暂停执行，收到继续信号后可以恢复运行。 不是进程自己主动休眠，是外部信号让它停下。 典型场景：gdb 调试打断点，程序停下来，此时进程状态 T。

相关信号：

• SIGSTOP：暂停进程
• SIGCONT：唤醒继续运行

5. Z 僵尸状态（TASK_ZOMBIE）【重中之重】

子进程已经执行完毕、退出了，但是父进程没有读取子进程的退出信息。 子进程 PCB 不会被操作系统释放，保留退出状态信息，等待父进程回收。此时子进程就是僵尸进程，状态标记 Z。

核心特点：

1. 子进程代码、资源全部释放，只剩 PCB 残留；
2. 占用少量内存资源；
3. 如果父进程长期不回收，大量僵尸进程会占用 pid 号，造成 pid 资源泄露；

4. kill无法杀死僵尸进程，因为进程本身已经结束，只是 PCB 没回收。
   来⼀个创建维持30秒的僵死进程例⼦：

如何回收僵尸进程：

1. 父进程调用wait() / waitpid()，等待并读取子进程退出码，操作系统释放子进程 PCB；
2. 父进程先退出，子进程变成孤儿进程，被 1 号进程 init 收养，init 会自动回收僵尸子进程。

6. X 死亡状态（TASK_DEAD）

进程即将被系统彻底释放，PCB 马上销毁，这个状态非常短暂，几乎很难在 ps 命令中观察到。

三、孤儿进程

父进程提前退出，子进程还在运行，这个子进程叫做孤儿进程。 Linux 机制：孤儿进程会被init进程(pid=1)收养，变成 init 的子进程。 好处：当孤儿进程退出，init 进程会自动调用 wait 回收它，不会变成僵尸进程。

孤儿进程无害，系统自动兜底回收；僵尸进程是资源泄露问题，需要程序员处理。

孤儿进程演示代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //子进程
        printf("子进程 pid:%d, 父进程pid:%d\n",getpid(),getppid());
        sleep(5);
        printf("子进程 pid:%d, 父进程pid:%d\n",getpid(),getppid());
    }
    else
    {
        //父进程，直接退出
        sleep(1);
        printf("父进程退出\n");
    }
    return 0;
}

运行现象：父进程先退出，5 秒后子进程打印 ppid 变成 1，被 init 收养。

四、僵尸进程演示代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
    pid_t id = fork();
    if(id == 0)
    {
        //子进程，执行完直接退出
        printf("子进程执行完毕，准备退出\n");
        sleep(2);
    }
    else
    {
        //父进程一直循环，不调用wait回收子进程
        while(1)
        {
            printf("父进程正在运行，不回收子进程\n");
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

编译运行，新开终端执行ps aux | grep a.out，2 秒后子进程退出，状态变成 Z 僵尸。

五、进程状态查看实操命令

# 查看所有进程，观察STAT那一列就是进程状态
ps aux

# 持续动态刷新观察进程状态
top

STAT 列除了字母，还会附带附加标记：

• s：这个进程是会话首进程
• +：前台进程组
• l：多线程进程

六、进程优先级

操作系统不能平等对待所有进程，优先级决定谁优先使用 CPU。

优先级 = 谁优先被 CPU 调度。

查看优先级

ps -al

字段解释：

• PRI：进程优先级，内核调度使用，值越小优先级越高
• NI：nice 值，用来修正 PRI。范围：-20 ~ 19
  • nice 越小，PRI 越小，优先级越高；
  • 默认 nice 值是 0。

修改 nice 值：

# 启动程序的时候指定nice
nice -n -5 ./test

# 修改已经运行进程的nice
renice -5 -p 进程pid

root 用户可以设置负数，普通用户只能调高 nice（降低优先级），不能调高优先级。

七、进程的其他基础概念

1. 进程的独立性

每个进程有独立 PCB、独立虚拟地址空间。一个进程崩溃，不会直接影响其他进程。fork 创建子进程，采用写时拷贝，保证父子进程数据独立。

2. 进程组 & 会话

• 进程组：多个关联进程放在同一个进程组，拥有同一个进程组 id。fork 出来的父子进程默认在同一个进程组。
• 会话：一个会话包含多个进程组，一个会话对应一个终端。登录终端就创建一个会话。 前台进程组：直接占用终端，可以输入输出；后台进程不占用终端。 &把程序放到后台运行：

./test &

八、面试高频问题

Q1：R 状态代表进程一定正在 CPU 上运行吗？

不是。R 包含两种：正在 CPU 运行，或者在运行队列就绪等待调度。

Q2：D 状态进程 kill -9 能否杀掉？

不能。D 是不可中断睡眠，无法被信号打断，只能等待 IO 结束或者重启机器。

Q3：僵尸进程和孤儿进程区别？

孤儿进程：父进程先退出，子进程被 1 号进程收养，无害 。 僵尸进程：子进程退出，父进程不回收子进程退出信息，PCB 残留，会造成资源泄漏。kill 无法清除僵尸进程。

Q4：如何处理僵尸进程？

方案 1：父进程使用 wait/waitpid 阻塞或者非阻塞等待回收子进程； 方案 2：父进程注册 SIGCHLD 信号，子进程退出会发送 SIGCHLD 信号，在信号处理函数内部回收子进程（工程最常用）； 方案 3：杀死父进程，僵尸进程变成孤儿，由 init 回收。

Q5：nice 值的范围和作用？

nice 取值范围[-20,19]，用于调整进程优先级。nice 越小，优先级越高。普通用户只能增大 nice，不能设置负数。

九、小结

进程状态保存在 PCB 结构体中，Linux 一共定义 R/S/D/T/Z/X 这几种核心状态。重点区分僵尸进程、孤儿进程。 僵尸进程是开发中需要重点规避的问题，本质是子进程退出后资源没有被父进程回收。 优先级、进程组、会话都是操作系统管理大量进程的辅助机制，理解这些，才能看懂进程调度行为。