除了運行、休眠…進程居然還有僵屍、孤兒狀態

摘要：本章我們將認識幾種進程狀態——運行狀態、休眠狀態、暫停狀態、退出狀態等。還要介紹兩種具有慘烈身世的僵屍進程與孤兒進程~ 本文分享自華為雲社區《僵屍進程？孤兒進程？為什麼他有如此慘烈的身世...》，作者：花想雲。認識進程狀態 Linux中進程狀態一般有： R（運行狀態）：並不意外著真正的在 ...

摘要：本章我們將認識幾種進程狀態——運行狀態、休眠狀態、暫停狀態、退出狀態等。還要介紹兩種具有慘烈身世的僵屍進程與孤兒進程~

本文分享自華為雲社區《僵屍進程？孤兒進程？為什麼他有如此慘烈的身世...》，作者：花想雲。

認識進程狀態

Linux中進程狀態一般有：

R（運行狀態）：並不意外著真正的在運行（指正在被CPU調度）；
S（休眠狀態）：進程在等待獲取某種資源，此狀態還被稱為可中斷休眠；
D（磁碟休眠狀態）：在這個狀態的進程也是在休眠，但是不可被中斷，因此又稱過該狀態為不可中斷休眠；
T（暫停狀態）：可以通過發送 SIGSTOP 信號給進程來停止進程。這個被暫停的進程可以通過發送 SIGCONT 信號讓進程繼續運行。
X（死亡狀態）：這個狀態只是一個返回狀態，你不會在任務列表裡看到這個狀態；
Z（僵屍狀態）：當一個子進程沒有被父進程“回收”，該進程就會處於僵屍狀態；

下麵為這些狀態在kernel源代碼中的定義：

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
};

如何查看進程狀態

輸入指令：

ps axj | head -n1 && ps axj | grep myprocess | grep -v grep

接下來我們就依次來看各種狀態是什麼模樣吧~

R狀態

引例

當你在電腦上同時運行很多程式，例如你敲代碼的時候，還聽著某個軟體播放的歌曲，或者在瀏覽器之間來回切換。請問此時這些所有的應用都在CPU運行嗎？

答案是，並不是這樣的。

在CPU進行工作的時候，會存在一個進程運行的隊列。隊列維護的內容是一個個task_struct結構體的指針（上一章中講到了task_struct為進程描述符）。在該隊列中維護的進程都處於R狀態，且等著被CPU所調度。

如何觀察

寫下一段簡單的代碼：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
 while(1)
 {
 printf("hello myprocess\n");
 }
 return 0;
}

在運行該程式之後，查看該進程的狀態如圖所示：

問題又來了，為什麼在該程式執行時，並沒有看到所謂的R狀態呢？
答案是，由於CPU運算速度太快了，我們基本很難看到R狀態。該進程死迴圈的在屏幕上列印hello myprocess。我們都知道此時的屏幕是一種外設，而CPU的計算速度相比較外設的訪問速度根本不在一個量級。所以，該進程死迴圈的在屏幕上列印內容，有99.9%的時間都在訪問外設，剩下的時間是CPU在做計算。在進程訪問外設的時候，CPU並不會傻傻的原地等待，而是轉頭卻做別的事，當該進程訪問外設成功後，CPU再對它進行調度。

那麼有什麼辦法等看到R狀態呢？我們將上面的代碼略作修改：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
 while(1)
 {
 //printf("hello myprocess\n");
 }
 return 0;
}

如上圖所示，當我們不再訪問外設，而是只不停地做重覆的運算，此時CPU會一直被調度，就能看到R狀態了。

S狀態與D狀態

S狀態

S狀態稱為休眠狀態。一個進程好端端地為什麼要休眠呢？難道是因為運行太久累到了嗎？當然不是這樣。休眠狀態本質是一種阻塞。

阻塞：進程因為等待某種資源就緒而表現出的不推進的狀態。

例如，當一個進程運行到一半，需要從磁碟上獲取很大的一塊數據，那麼就要花費較久的時間。此時OS的處理方式是，讓該進程繼續等待它要的數據，但是要求你不能在等待資源的時候還占用著CPU，於是該進程就被OS安排到某個地方進行等待，這時該進程就處於S狀態。

如何觀察

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
int main()
{
 while(1)
 {
 int n = 0;
 scanf("%d",&n);
 printf("%d\n",n);
 }
 return 0;
}

如上圖所示，當進程等待用戶從鍵盤上輸入的數據時，它就處於睡眠狀態。

D狀態

D狀態也是一種休眠狀態，但是它又有個名字叫做磁碟休眠狀態或者不可中斷休眠。那麼如何看待S狀態與D狀態的區別呢？

首先我們得清楚一般什麼情況下進程會發生中斷。當一個進程偷偷地地乾一些壞事，此時用戶想停止該進程，那就要向該進程發送一個中斷信號，該進程就被“殺”掉了。

在一些情況下，不需要用戶自己動手，OS自己就能“殺”掉某些進程。例如，當記憶體資源非常緊張甚至危險到了整個系統的安全時，OS就會“殺”掉一些不太重要的進程。

就比如某個進程因為在等待數據而進入休眠狀態，此時被OS發現了，記憶體這麼緊張你還在這睡懶覺？叉出去！好嘛，進程被叉出去了。此時數據被讀到一半，結果當事人沒了。這些數據只能被捨棄，不然誰找到剛剛那個進程投胎之後還能不能找到“我“。

這些被捨棄的數據若是一些無關緊要的數據也就罷了，丟就丟了。但若是什麼機密文件那豈不是壞了大事了？所以，為了避免將某些不能中斷的進程被OS誤殺掉了，可讓該進程處於不可被中斷休眠狀態即D狀態。此時該進程休眠時終於不怕被打擾了，但是，各退一步，我換個地方睡，不然我怕你急眼。於是該進程休眠時，就在相對寬闊的磁碟當中去休眠了。

T狀態

T狀態稱為停止狀態，非常好理解，就是讓某個進程暫停一下。例如在調試時，我們設置了幾個斷點。當進程在該斷點處停下來時，該進程就處於暫停狀態。

如何觀察

方法一

#include<stdio.h> 
#include<unistd.h>
int main() 
{ 
 while(1) 
 { 
 //printf("hello myprocess\n"); 
 int n = 0; 
 scanf("%d",&n); printf("%d\n",n); 
 }
 return 0;
}

當我們在第9行打上斷點並運行後，程式停到了斷點的位置。此時查看進程狀態如下圖所示：

註意：t也是一種暫停狀態。有時候也被叫做追蹤狀態。

方法二

我們可以通過給進程發送暫停的信號使進程進入暫停狀態。編輯如下代碼：

#include<stdio.h> 
#include<unistd.h>
int main() 
{ 
 while(1) 
 { 
 printf("hello myprocess\n"); 
 }
 return 0;
}

當程式開始運行後，此時向進程發送暫停的信號：

$ kill -19 （進程PID)

此外，我們還可以發送繼續的信號讓該進程繼續執行：

$ kill -18 （進程PID）

註意

進程繼續在運行了。但是我們發現有一個地方好像和之前不一樣了，S後面是不是一直有一個+號來著？我們也不知道+是幹嘛的，只知道他現在好像消失了。

“+” 代表在前臺運行，沒有”+“表示在後臺運行；

之前我們在終止一個程式時，習慣使用Ctrl + c ，但是現在好像對於後臺在運行的進程失效了，此時我們需要掌握一條新的指令來”殺掉“進程：

$ kill -9 （進程PID)

或者，

$ kill -9 （進程PID)

X狀態與Z狀態

X狀態為退出狀態是一個瞬時狀態不易觀察，暫且認為它不重要；
Z狀態被稱為僵屍狀態。顧名思義，一個進程死了（退出了）但沒有”收屍“，就成了”僵屍“。具體一點，當一個進程退出時如果它的父進程沒有讀取到該進程退出時返回的退出狀態碼，該進程就會變成僵屍進程。

概念有點多，先來理一理。首先什麼是退出狀態碼？在一段C語言程式中，我們經常要在main函數結束時寫一句代碼——return 0; 。這個0就是退出狀態碼，但並不僅僅是0，還可以是1，2，3…

如何看到僵屍進程？

接下來我們就寫一段代碼看看僵屍進程：

#include<stdio.h> 
#include<unistd.h>
int main() 
{
 pid_t id = fork();
 if(id == 0)
 {
 while(1)
 {
 printf("我是子進程，我在運行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid());
 sleep(1);
 }
 }
 else if(id > 0) 
 {
 while(1)
 {
 printf("我是父進程，我在運行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid());
 sleep(1);
 }
 }
 return 0;
}

當我們運行程式後，能看到程式正常的在運行；

此時當我們執行指令將子進程”殺“掉，子進程就會變成僵屍進程；

$ kill -9 （子進程PID)

其中我們能看到一個英文單詞——defunct就是僵屍的意思。

僵屍進程的危害

維護退出狀態本身就是要用數據維護，也屬於進程基本信息，所以保存在task_struct(即PCB)中，換句話說，Z狀態一直不退出，PCB一直都要維護。
一個父進程創建了很多子進程，就是不回收，就會造成記憶體資源的浪費。因為數據結構對象本身就要占用記憶體。

僵屍進程是有危害的，當然我們也可以避免它，這就需要在下一章節中提到了。

孤兒進程

當父進程活著，子進程提前掛掉，容易造成僵屍進程。那如果父進程提前掛掉，子進程又該何去何存呢？這就是我們接下來要講的孤兒進程了。

如何看到孤兒進程

編輯如下代碼：

#include<stdio.h> 
#include<unistd.h>
int main() 
{
 pid_t id = fork();
 if(id == 0)
 {
 while(1)
 {
 printf("我是子進程，我在運行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid());
 sleep(1);
 }
 }
 else if(id > 0) 
 {
 while(1)
 {
 printf("我是父進程，我在運行，pid：%d,ppid：%d\n",getpid(),getppid());
 sleep(1);
 }
 }
 return 0;
}