Linux笔记：
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前言：
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在操作系统中，进程是资源分配和任务调度的基本单位。为了更好地管理系统资源，操作系统将进程的生命周期划分为不同的状态，帮助系统实现高效的资源调度与管理。Linux操作系统在经典的进程状态模型基础上进行了扩展和细化，提供了更细粒度的控制。本文将详细介绍操作系统进程状态的基本概念，深入解析Linux操作系统中的进程状态，并通过代码示例展示各个状态的实现方式。
一、操作系统中的进程状态概述
操作系统中的进程状态是进程在生命周期中可能处于的不同状态。这些状态帮助操作系统识别进程的运行情况，并在不同状态间进行合理的资源分配。操作系统中的经典进程状态包括就绪、运行、阻塞和终止。
1.1 经典的进程状态模型
典型的操作系统中，进程状态可以分为以下几种：
在这种经典模型中，进程会在不同状态之间流转。具体来说：
1.2 进程状态转换图
该图展示了一个经典进程状态的转换流程。箭头表示进程状态转换的可能路径。
二、Linux操作系统中的进程状态
Linux操作系统在经典的进程状态基础上进行了一系列扩展，允许内核更细粒度地控制进程，尤其是当系统资源紧张或多任务并发性很高时。Linux内核中的进程状态可以使用ps命令或读取/proc文件系统来查看进程的状态信息。
2.1 Linux进程状态的分类
在进程的task_struct结构体中，state字段用来表示进程的当前状态。根据内核中的定义，不同状态的进程会被挂载在不同的等待队列上，以实现细粒度的调度与控制。
2.2 各状态的详细解释
2.3 Linux进程状态表
2.4 使用ps查看进程状态
在Linux系统中，可以通过ps命令查看进程的状态：
ps -auxps命令会显示每个进程的详细信息，其中状态列标记着每个进程的状态。状态的含义如下：
我们也可以通过ps命令查看某个指定的进程的信息：
ps axj | grep 进程名字三、代码示例：实现Linux进程状态的模拟
为了更好地理解Linux中的进程状态，以下示例演示了不同状态的应用。代码展示了一个简单的内核模块，用于模拟进程进入阻塞状态、唤醒状态等。
3.1 阻塞等待状态示例
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>
static wait_queue_head_t wait_queue; // 定义等待队列
static int condition = 0;
static struct task_struct *thread_waiter;
static int waiter_thread(void *data) {
printk(KERN_INFO "等待线程启动...\n");
wait_event_interruptible(wait_queue, condition != 0); // 可中断等待
printk(KERN_INFO "等待线程被唤醒，继续执行...\n");
return 0;
}
static int __init wait_queue_init(void) {
init_waitqueue_head(&wait_queue); // 初始化等待队列
thread_waiter = kthread_run(waiter_thread, NULL, "waiter_thread");
if (IS_ERR(thread_waiter)) {
printk(KERN_ERR "线程创建失败\n");
return PTR_ERR(thread_waiter);
}
msleep(5000); // 模拟一些操作
condition = 1; // 修改条件
wake_up_interruptible(&wait_queue); // 唤醒等待线程
return 0;
}
static void __exit wait_queue_exit(void) {
printk(KERN_INFO "卸载模块\n");
}
module_init(wait_queue_init);
module_exit(wait_queue_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
在上面的代码中：
3.2 僵尸进程示例
僵尸进程是进程状态的特殊情况，无法直接控制其生成。为了生成僵尸进程，可以在一个子进程中完成工作后立刻终止，但不等待父进程收回资源。示例如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main() {
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
// 子进程，立即退出成为僵尸进程
printf("子进程：PID=%d\n", getpid());
exit(0);
} else {
// 父进程，等待5秒以查看僵尸进程
printf("父进程：PID=%d\n", getpid());
sleep(5);
printf("父进程结束，僵尸子进程将被回收。\n");
}
return 0;
}
在这个代码中，子进程在终止后不被父进程立即回收，因此变成僵尸状态。可以使用ps命令查看该僵尸进程，发现它的状态为Z。
3.3 孤儿进程示例
除了上面的内容外，我们还有一个叫做孤儿进程的特殊进程，比如当fork执行出来的父子进程，父进程先被杀掉的，我们就会发现子进程的PPID会变为1，进程1为systemd，这就是操作系统本身——父进程是1号进程——孤儿进程是被操作系统所领养了
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
pid_t id = fork();
if(id < 0){
perror("fork");
return 1;
}
else if(id == 0){//child
printf("I am child, pid : %d\n", getpid());
sleep(10);
}else{//parent
printf("I am parent, pid: %d\n", getpid());
sleep(3);
exit(0);
}
return 0;
}