Linux笔记:

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前言:

目录

一、操作系统中的进程状态概述

1.1 经典的进程状态模型

1.2 进程状态转换图

二、Linux操作系统中的进程状态

2.1 Linux进程状态的分类

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

三、代码示例:实现Linux进程状态的模拟

3.1 阻塞等待状态示例

3.2 僵尸进程示例

四、总结


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

【Linux探索学习】第十三弹——进程状态:深入理解操作系统进程状态与Linux操作系统中的进程状态-LMLPHP

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 -aux

ps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;
}

【Linux探索学习】第十三弹——进程状态:深入理解操作系统进程状态与Linux操作系统中的进程状态-LMLPHP

四、总结

【Linux探索学习】第十三弹——进程状态:深入理解操作系统进程状态与Linux操作系统中的进程状态-LMLPHP


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