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Linux——进程状态

星夢妙者

发布： 2025-06-19 18:34:01

原创

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为了理解正在运行的进程的含义，我们需要了解进程的不同状态。进程在linux内核中也被称为任务。进程的状态由task_struct中的一个整型变量表示。以下是kernel源代码中定义的进程状态：

/* 
 * 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 */ 
};

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为什么需要进程状态？在日常生活中，如果你感冒了，你可能会告诉室友今天状态不好不去上课了。这里的状态决定了你后续的行动——不去上课。在Linux中，操作系统需要根据进程的状态来决定对这些进程的后续操作。

1.1 通俗的五种进程状态

进程的状态可以通俗地分为五种：创建状态、就绪状态、阻塞状态、执行状态和终止状态。最基本的状态包括：运行状态、就绪状态和阻塞状态。

就绪状态：进程已经具备运行条件，但由于没有空闲的CPU而暂时不能运行。
运行状态：进程正在运行，占用CPU资源。
阻塞状态：进程因为等待某一事件而暂时不能运行，如执行sleep或等待输入。
创建状态：进程正在被创建，操作系统为其分配资源、初始化PCB。
终止状态：进程从系统中被撤销，操作系统回收进程拥有的资源。

1.2 进程的具体状态

前面提到的状态与我们之前描述的具体状态有所不同，具体状态是通俗状态的具体实例。让我们再看看代码：

/* 
 * 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 */ 
};

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R 运行状态（running）：并不意味着进程一定在运行，它表示进程要么在运行中，要么在运行队列中，相当于就绪状态和运行状态。
S 睡眠状态（sleeping）：进程在等待事件完成（也称为可中断睡眠），相当于阻塞状态。
D 磁盘休眠状态（disk sleep）：有时也称为不可中断睡眠状态，进程通常等待I/O操作结束。
T 停止状态（stopped）：可以通过发送SIGSTOP信号给进程来停止进程，暂停的进程可以通过SIGCONT信号继续运行。
X 死亡状态（dead）：这是一个返回状态，不会在任务列表中显示。
Z 僵尸状态（zombie）：当进程退出且父进程未读取其返回代码时，进程进入僵尸状态。

1.3 查看进程状态

我们可以通过以下命令查看进程状态：

ps aux / ps axj 命令

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ps aux：显示所有进程，以用户为主。
ps axj：显示所有进程，并显示进程ID、父进程ID等信息。

让我们编写一个程序并观察其状态：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main(){
    while(1){
        printf("I am a process!\n");
        sleep(1); //休眠一秒
    }
    return 0;
}

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Makefile配置如下：

mybin:test1.c
    gcc -o mybin test1.c
.PHONY:clean
clean:
    rm -f mybin

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使用两个xshell窗口，一个运行程序，另一个观察进程状态。我们还可以编写一个循环命令来查看进程状态：

while :;do ps ajx|head -1 && ps ajx|grep mybin|grep -v grep;sleep 1; done

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每秒打印一次mybin进程的状态。运行程序后，我们可以看到进程的STAT状态为S，这是因为程序中的sleep函数会让进程休眠一秒。如果去掉sleep，STAT仍然会是S，因为printf也会导致短暂的休眠。要显示R状态，可以去掉printf，让程序执行死循环。

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1.4 介绍僵尸进程与孤儿进程

Z（zombie） - 僵尸进程：当进程退出且父进程未读取其返回代码时，进程进入僵尸状态。僵尸进程会一直保持在进程表中，等待父进程读取其退出状态。僵尸进程会导致内存泄漏。

我们可以创建一个维持30秒的僵尸进程：
```
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    pid_t id = fork();
    if(id > 0){
        printf("parent[%d] is sleeping...\n",getpid());
        sleep(30);
    }else{
        printf("child[%d] is begin Z...\n",getpid());
        sleep(5);
        exit(-1);
    }
    return 0;
}
```
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孤儿进程：如果父进程提前退出，子进程后退出并进入Z状态，子进程会成为孤儿进程，由1号进程收养。

我们可以编写一个程序来观察孤儿进程：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(){
    pid_t id = fork();
    if(id > 0){
        printf("parent[%d] is sleeping...\n",getpid());
        sleep(3);
        exit(-1);
    }else{
        printf("child[%d] is begin Z...\n",getpid());
        sleep(10);
    }
    return 0;
}

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通过这些示例，我们可以看到子进程被1号进程接管。

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