一、操作系統(tǒng)的進程狀態(tài)

1.1運行狀態(tài)

• 當一個進程準備就緒，獲得了CPU資源，就會在CPU所維護的運行隊列上等待CPU的調(diào)度
• 一個進程在運行或者處于運行隊列中，都叫做運行狀態(tài)
• 一個進程并不是一直在CPU上執(zhí)行的，而是會以進程切換的方式，在一段時間內(nèi)，使多個進程同時被推進---并發(fā)
• CPU對進程的調(diào)度是基于進程切換和時間片輪轉(zhuǎn)的調(diào)度算法

1.2阻塞狀態(tài)

• 當一個進程正在等待某種IO事件的完成，實際上就是在等待獲取某種資源，那么該進程就處于一種阻塞狀態(tài)
• 操作系統(tǒng)對軟硬件資源進行管理，都要遵循“先描述再組織”的原則，操作系統(tǒng)對外設(shè)的管理就是在內(nèi)存中創(chuàng)建一個個的外設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象，再用鏈表的方式組織起來
• 每一個外設(shè)的pcb數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象都會包含一個等待隊列，當一個進程在獲取某種外設(shè)資源時（比如scanf），外設(shè)資源還未準備好，該進程就會鏈入該外設(shè)的pcb等待隊列進行等待，此時進程就處于阻塞狀態(tài)，直到資源準備就緒，才會被鏈入運行隊列等待CPU調(diào)度，將狀態(tài)S改為R

1.3掛起

• 當進程在隊列中排隊，操作系統(tǒng)的資源嚴重不足或者操作系統(tǒng)需要給新加入的進程提供空間，那么此時操作系統(tǒng)就會將正在等待排隊的進程所對應的數(shù)據(jù)和代碼換出到外設(shè)分區(qū)中，等到該進程被調(diào)度了再換入給該進程
• 從換出到換出的過程，進程處于掛起狀態(tài)

二、Linux下具體的狀態(tài)

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就是操作系統(tǒng)中進程的運行狀態(tài)：并不意味著該進程一定在運行中，它表明該進程要么在運行要么在運行隊列中
• S和D狀態(tài)都對應操作系統(tǒng)中的阻塞狀態(tài)：S是一種淺度睡眠，可以被喚醒；D是一種深度睡眠，不會響應任何請求
• 當一個進程正在進行某種IO事件，比如在向磁盤寫入重要數(shù)據(jù)的時候，它必須等待磁盤寫入完畢將寫入結(jié)果反饋給進程，再反饋給上層用戶，但如果這時候操作系統(tǒng)的資源嚴重不足，進程掛起已經(jīng)沒辦法解決問題了，操作系統(tǒng)就會選擇殺掉進程，如果一個進程在等待磁盤寫入完畢的期間被殺掉，那么就會導致數(shù)據(jù)的丟失！為了防止這種情況，必須給該進程一個標識符--D，告訴操作系統(tǒng)我這個進程在等待磁盤寫入完畢的期間是不能被殺掉的
• T停止狀態(tài)：可以通過發(fā)送SIGSTOP來停止進程，可以發(fā)送SIGCONT來讓進程繼續(xù)運行，當一個進程想要獲取某種資源或者被其他進程控制（如gdb），就可能會出現(xiàn)T狀態(tài)

• R就是操作系統(tǒng)中進程的運行狀態(tài)：并不意味著該進程一定在運行中，它表明該進程要么在運行要么在運行隊列中
• S和D狀態(tài)都對應操作系統(tǒng)中的阻塞狀態(tài)：S是一種淺度睡眠，可以被喚醒；D是一種深度睡眠，不會響應任何請求
• 當一個進程正在進行某種IO事件，比如在向磁盤寫入重要數(shù)據(jù)的時候，它必須等待磁盤寫入完畢將寫入結(jié)果反饋給進程，再反饋給上層用戶，但如果這時候操作系統(tǒng)的資源嚴重不足，進程掛起已經(jīng)沒辦法解決問題了，操作系統(tǒng)就會選擇殺掉進程，如果一個進程在等待磁盤寫入完畢的期間被殺掉，那么就會導致數(shù)據(jù)的丟失！為了防止這種情況，必須給該進程一個標識符--D，告訴操作系統(tǒng)我這個進程在等待磁盤寫入完畢的期間是不能被殺掉的
• T停止狀態(tài)：可以通過發(fā)送SIGSTOP來停止進程，可以發(fā)送SIGCONT來讓進程繼續(xù)運行，當一個進程想要獲取某種資源或者被其他進程控制（如gdb），就可能會出現(xiàn)T狀態(tài)

子進程退出，父進程沒有退出并且沒有回收子進程的退出信息，就會使子進程進入僵尸進程

• 孤兒進程：當子進程還沒退出，父進程就已經(jīng)推出了，那么該子進程就會被1號進程（操作系統(tǒng)）領(lǐng)養(yǎng)，此時的子進程就叫做孤兒進程。
• 為什么要被1號進程領(lǐng)養(yǎng)？
• 為了讓子進程在退出的時候可以被回收退出信息。此時退出進程不能再用Ctrl C 而應該使用kill -9 殺掉進程

三、進程的優(yōu)先級

3.1基本概念

• CPU的資源是有限的，但是進程是多個的，這就注定了進程之間存在競爭關(guān)系
• 為了保證進程被CPU調(diào)度的公平和良性競爭，就必須引入進程優(yōu)先級的概念
• 進程優(yōu)先級是指CPU分配資源的先后順序（訪問資源的先后順序）
• 如果一個進程長時間無法訪問到資源，代碼無法被推進，就會導致該進程的饑餓問題
• 優(yōu)先權(quán)高的進程有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)利。配置進程優(yōu)先權(quán)對多任務環(huán)境的linux很有用，可能改善系統(tǒng)性能
• 還可以把進程運行到指定的CPU上，這樣一來，把不重要的進程安排到某個CPU，可以大大改善系統(tǒng)整 體性能

3.2查看進程優(yōu)先級的命令

• 使用 ps -al

• UID: 代表執(zhí)行者的身份
• PID: 代表這個進程的代號
• PPID：代表這個進程是由哪個進程發(fā)展衍生而來的，亦即父進程的代號
• PRI：代表這個進程可被執(zhí)行的優(yōu)先級，其值越小越早被執(zhí)行
• NI ：代表這個進程的 nice 值

PRI即進程的優(yōu)先級，通俗點說就是程序被CPU執(zhí)行的先后順序，此值越小

進程的優(yōu)先級別越高（默認80）

NI就是nice值，其表示進程可被執(zhí)行的優(yōu)先級的修正數(shù)值

PRI值越小越快被執(zhí)行，那么加入nice值后，將會使得PRI變?yōu)椋篜RI(new)=PRI(old)+nice

這樣，當nice值為負值的時候，那么該程序?qū)?yōu)先級值將變小，即其優(yōu)先級會變高，則其越快被執(zhí)行

所以，調(diào)整進程優(yōu)先級，在Linux下，就是調(diào)整進程nice值 ，Linux為了保證優(yōu)先級的調(diào)整范圍，nice其取值范圍是-20至19，一共40個級別

3.3修改進程優(yōu)先級的命令

• 使用top r + 進程pid + 修正的nice值

操作系統(tǒng)是如何根據(jù)優(yōu)先級展開調(diào)度的呢？

CPU會維護一個runqueue，runqueue中有兩個調(diào)度隊列，他們本質(zhì)上是兩個指針數(shù)組，存儲40個優(yōu)先級所一一對應的40個隊列的指針，再結(jié)合位圖的思想（調(diào)度完畢的隊列為0，未調(diào)度完畢的隊列為1），針對不同的優(yōu)先級對進程進行調(diào)度！

新加入的進程或者被進程切換下來的進程會鏈接到另外一個調(diào)度隊列的對應的優(yōu)先級的隊列當中去，直到前一個調(diào)度隊列全部調(diào)度完后，swap交換兩個隊列的指針，對另外一個未調(diào)度的隊列進行調(diào)度，以此循環(huán)往復，也叫Linux內(nèi)核的O(1)調(diào)度算法

3.4其他概念

• 競爭性: 系統(tǒng)進程數(shù)目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以進程之間是具有競爭屬性的。為了高效完成任務，更合理競爭相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級
• 獨立性: 多進程運行，需要獨享各種資源，多進程運行期間互不干擾
• 并行: 多個進程在多個CPU下分別，同時進行運行，這稱之為并行
• 并發(fā): 多個進程在一個CPU下采用進程切換的方式，在一段時間之內(nèi)，讓多個進程都得以推進，稱之為并發(fā)

3.5并發(fā)

• 函數(shù)的返回值是如何被外部拿到的？----通過CPU寄存器
• 系統(tǒng)如何得知我們當前進程執(zhí)行到哪一行代碼？----通過pc(eip)程序計數(shù)器，記錄當前進程執(zhí)行的指令的下一條指令的地址
• CPU中的寄存器很多！將進程中的高頻數(shù)據(jù)放入到CPU的寄存器中可以提高效率
• 問題是，我們在進行進程切換到時候，如果不把屬于當前進程的存儲在寄存器中的數(shù)據(jù)帶走，那么下一個來的進程在把數(shù)據(jù)放入寄存器的時候就會將上一個進程的數(shù)據(jù)覆蓋，等到該進程重新被CPU調(diào)度，就無法從上一次執(zhí)行的位置繼續(xù)往下執(zhí)行
• CPU的寄存器中保存的是進程的臨時數(shù)據(jù)，也叫進程的上下文
• 一個進程在被CPU高頻調(diào)度的時候，必須經(jīng)歷調(diào)度----排隊，在這個過程中，進程離開CPU必須自己保存上下文帶走，再被調(diào)度時恢復上下文
• 總之，進程切換涉及到保存上下文和恢復上下文，寄存器中的數(shù)據(jù)在被保存時實際上是以結(jié)構(gòu)體的形式被保存在內(nèi)存中，進程的pcb數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象中存在一個指向該結(jié)構(gòu)體的指針

總結(jié)

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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