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🔍系列专栏：C++面向对象（类和对象篇）
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文章目录
- 进程状态
- 一、Linux内核源代码
- 1.1运行状态
- 1.2阻塞状态
- 1.3进程的挂起
- 1.4理解Linux内核链表话题
- 二、Linux的进程状态
- 2.1运行状态（R/R+）
- 2.2阻塞状态（S）
- 2.3暂停状态（t && T）
- 2.4 D状态（深度睡眠、不可中断睡眠）
- 2.5死亡状态（结束状态）
- 三、补充
- 3.1内存泄漏问题
- 3.2关于内核结构申请（slab 复用机制）
- 总结
进程状态
前提回顾：进程概念
进程状态指的是一个进程在其生命周期中所处的阶段
对于进程来讲，进程状态用于决定，当前进程要被调渡？运行？正在休眠？正在进行等待？在系统层面，当前进程状态决定 OS 应该如何处理这个进程
进程状态本质：task_struct 内部的一个整形变量（整数），后续 OS 会根据这个 “整数”（标志位） 进行判断
一、Linux内核源代码
- 运行 && 阻塞 && 挂起
1.1运行状态
一个进程在 CPU 上运行时，其就是运行状态。在当代的计算机中，只要一个进程在调渡队列当中，我们就称该进程为运行状态 [并不是一个进程持有 CPU，才能叫做运行]
运行：进程在调渡队列中，进程的状态都是 running！
处于 running 状态的进程，要么正在被 CPU运行，要么已经完全准备完毕，随时等待被调渡
OS
运行队列（Run Queue）：
1.2阻塞状态
在学习变成语言中，我们会遭遇的阻塞经历：cin/scanf。**传统意义上：**我们自己写的 C++ 代码，编译起来就是一个进程，当代码从上至下执行至 cin/scanf 我们的程序就停下来了[等待用户输入]，输入数据后，当程序拿到了这份数据后，程序就会继续向后运行了
现代计算机理解中：当我们 cin/scanf 时，其实程序并不是在等待用户输入，而是等待键盘硬件就绪。在用户未按下键盘时，我们称之为键盘硬件未就绪，此时 cin/scanf 也就无法读取数据。因此，阻塞的意义：等待某种设备/资源就绪。在此期间，设备/资源未就绪，那么进程就不会被调渡
OS
设备队列（struct_device device）：*
运行：进程在调渡队列中你进程的状态都是 running
阻塞：等待某种设备或资源就绪 [OS 会管理系统中的各种硬件资源：“先描述，在组织！”]
结论：进程状态的变化，表现之一是，要在不同的队列中进行流动。本质是数据结构的增删查改！
1.3进程的挂起
1、阻塞挂起状态
问题：如果在阻塞挂起状态，键盘突然就绪了呢？
因为OS是设备（软硬件设备）的管理者，所以OS会将对应进程，曾经换入到磁盘中的历史上的数据和代码，重新加载到内存，重新构建指针映射，最后将这些代码和数据换入内存后，形成完整进程，最后将进程放入运行队列中 —— 这一过程，我们称之为 swap 对应的 “换入和唤出” 操作
其中，
进程所对应的代码数据被放进交换分区：进程阻塞挂起
当进程换入时，将阻塞挂起进程重新改为运行状态，该进程就可以直接继续被调渡
挂起：将对应进程的代码和数据挂到外设（磁盘）上
换句话说，OS是一个非常智能的软件，当内存资源不足时，OS需要在整个系统层面上对内存资源进行 “辗转腾挪”
2、运行挂起状态
OS内存资源，“相当” 吃紧，阻塞的进程资源全部挂起到外设上，内存仍然短缺，那么 OS只能打 运行队列 中进程的主意了。OS 甚至会将处于运行队列末端的进程，交换给 swap 中，当真正真正调渡该进程时，再把对应进程换入
挂起的本质：暂时中止进程/线程的执行，将进程数据换入/唤出到磁盘的 swap 分区中，并保存其当前状态[PCB]，以便后续恢复
1.4理解Linux内核链表话题
如何遍历整个进程？
数据结构中的双链表：
Linux 内核[kernel]中的双链表结构：
task_struct 内部嵌套链表：
链表差异：
C 语言地址转化（宏 - offset）：获取结构体中所有字段地址
**最终结论：**以 offset宏 遍历链表，即可以访问进程（PCB）中的所有结构体中的所有字段
**结论：我们所对应的PCB在kernel中只存在一份，但同一个PCB可以同时映射于多种数据结构中。 **如此独特的性能归结于 kernel 中独有的双链表结构[list_head]，以 list_head 为中心设计独有的算法
kernel 中的数据结构不是单一结构，如进程[PCB]可能即属于运行队列，又属于全局链表；还可能即被放在运行队列中，又被放在等待队列中，这意味着：Linux中很多数据结构是网状的！
二、Linux的进程状态
2.1运行状态（R/R+）
“R - 0”
2.2阻塞状态（S）
“S - 1”
- Linux角度 - 休眠状态
- 操作系统角度 - 阻塞状态（等待某种资源准备就绪：等待键盘输入）
在《操作系统》理论中，阻塞状态被称为：阻塞。但在 Linux 内核中阻塞状态我们称之为 S
我们在用户层直观的看到一个程序卡住不动了，说到底就是进程不被调渡了（有可能是在等待硬件设备的输入），因此这就是阻塞状态
在操作系统理论课程中，我们无从得知阻塞的标志位具体是什么的（0？1？…），但具体操作系统可以告诉我们 Linux的阻塞状态是 ”S - 1“
2.3暂停状态（t && T）
t - 追踪状态
在先前我们的操作系统理论中并没有暂停状态；但在 Linux 当中是存在暂停状态的
T - 暂停状态
- T (Stopped)：进程的执行被暂停，通常是由于收到了一个信号（例如
SIGSTOP信号或调试器的断点信号） - 可以被重新唤醒，继续运行（例如通过发送
SIGCONT信号）
什么是暂停状态？暂停状态又是什么呢？暂停状态又如何与 kernel状态对应起来呢？
一般暂停状态[T]与阻塞状态[S]不一样（**进程阻塞S：**一个进程在等待某种资源；**进程暂停T：**不具备某种条件或进程做了非法操作，那么操作系统就将对应的进程暂停了，这属于Linux特有的一种状态）
- 暂停状态（t && T）：止损；操作系统怀疑进程有问题，将进程暂停[t - 断点调试；T - Ctrl + Z]交给用户，让用户裁决是否继续进程
2.4 D状态（深度睡眠、不可中断睡眠）
进程在等待某个事件（如等待输入输出完成、等待信号量、等待网络数据等）而暂停运行。睡眠态分为两种：
- 可中断睡眠态
- S (Interruptible Sleep)：进程在等待一个事件的完成。在这种状态下，进程可以被信号唤醒（例如用户按了 Ctrl+C）或中断
- 常见例子：等待用户键盘输入、等待套接字连接
- 不可中断睡眠态
- D (Uninterruptible Sleep)：进程也在等待事件（通常是I/O操作），但不能被信号唤醒或中断。这是为了保护某些关键的进程，确保它们在完成特定任务前不会被打断
- 常见例子：等待磁盘I/O操作。如果系统上有大量
D状态的进程，通常意味着硬件（如磁盘）可能遇到了问题
休眠状态S，我们称之为可 中断睡眠（也叫浅度睡眠）[Linux中具体个性化的概念]。可终端休眠：如果一个进程处于 S状态，我们直接杀掉这个进程，这个进程会 响应 我们杀掉它的动作[给出反应]
”D“ 状态的进程不可被 kill掉！那什么时候 ”D“状态就结束了呢？：一旦进程处于 ”D“状态，那就只能等待该进程自己醒来，OS 无权杀掉它！；或者重启，甚至只能断电！
2.5死亡状态（结束状态）
- X (Dead)：进程已经完全死亡并被回收。这个状态只是一个瞬间状态，用户无法在
ps或top等工具中看到这个状态的进程。（注意区分 僵尸状态 与 死亡状态 的时间阶段：(先)僵尸状态—>(再)死亡状态[此时，OS瞬间将其释放掉了 - 造就了无法观测的情况]）
三、补充
3.1内存泄漏问题
问题：进程结束，内存泄漏问题是否还存在？
如果进程直接退出了，曾经 new/malloc 的堆空间，会被系统自动回收（即内存泄漏问题是不存在的）
而僵尸进程所占用的资源空间基于系统级，new/malloc只是基于编程语言层面上的资源空间[但本身依旧是向 OS申请的]
常驻进程：常驻扎在内存中的进程
我们所用的大部分软件都是启动后，不退出的，即死循环(while(1);)；这就是常驻进程；OS启动后本身就是一个常驻内存的软件，所以其内部一旦有内存泄漏问题会影响甚大
3.2关于内核结构申请（slab 复用机制）
总结
| 状态 | 符号 | 含义 | 是否消耗资源 |
|---|---|---|---|
| 运行/可运行 | R | 正在或即将使用CPU | 是 |
| 可中断睡眠 | S | 等待事件，可被信号唤醒 | 否（等待中） |
| 不可中断睡眠 | D | 等待I/O，不可被信号唤醒 | 否（等待中） |
| 僵尸 | Z | 已终止，等待父进程回收 | 否（但占用PID） |
| 停止 | T | 被信号暂停执行 | 否 |
到此，我们体会到了：《操作系统》中的理论状态与具体的《Linux》的理论状态在概念上是一致的；在实践上是有个性化的一面的
《操作系统》这门学科将所有 OS 的属性/共性抽取出来，从而提炼了一套方法论，我们用这一套方法论就可以理解所有的 OS
但没有实践，不了解具体的 OS，就无法理解抽象的《操作系统》学科，更不可能将知识迁移到其他的个性化的 OS上（Linux），所以我们在学校中学习的《操作系统》叫做：“计算机学科的哲学”
🌟 各位看官好，我是工藤新一¹呀~
🌈 愿各位心中所想，终有所致！
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