一、操作系統(tǒng)的進(jìn)程狀態(tài)

1.1運行狀態(tài)

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

1.2阻塞狀態(tài)

• 當(dāng)一個進(jìn)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(jìn)程就處于一種阻塞狀態(tài)
• 操作系統(tǒng)對軟硬件資源進(jìn)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(dāng)一個進(jìn)程在獲取某種外設(shè)資源時（比如scanf），外設(shè)資源還未準(zhǔn)備好，該進(jìn)程就會鏈入該外設(shè)的pcb等待隊列進(jìn)行等待，此時進(jìn)程就處于阻塞狀態(tài)，直到資源準(zhǔn)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(dāng)進(jìn)程在隊列中排隊，操作系統(tǒng)的資源嚴(yán)重不足或者操作系統(tǒng)需要給新加入的進(jìn)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(jìn)程所對應(yīng)的數(shù)據(jù)和代碼換出到外設(shè)分區(qū)中，等到該進(jìn)程被調(diào)度了再換入給該進(jìn)程
• 從換出到換出的過程，進(jìn)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(jìn)程的運行狀態(tài)：并不意味著該進(jìn)程一定在運行中，它表明該進(jìn)程要么在運行要么在運行隊列中
• S和D狀態(tài)都對應(yīng)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(yīng)任何請求
• 當(dāng)一個進(jìn)程正在進(jìn)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(jìn)程，再反饋給上層用戶，但如果這時候操作系統(tǒng)的資源嚴(yán)重不足，進(jìn)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(jìn)程，如果一個進(jìn)程在等待磁盤寫入完畢的期間被殺掉，那么就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失！為了防止這種情況，必須給該進(jìn)程一個標(biāo)識符--D，告訴操作系統(tǒng)我這個進(jìn)程在等待磁盤寫入完畢的期間是不能被殺掉的
• T停止?fàn)顟B(tài)：可以通過發(fā)送SIGSTOP來停止進(jìn)程，可以發(fā)送SIGCONT來讓進(jìn)程繼續(xù)運行，當(dāng)一個進(jìn)程想要獲取某種資源或者被其他進(jìn)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(jìn)程的運行狀態(tài)：并不意味著該進(jìn)程一定在運行中，它表明該進(jìn)程要么在運行要么在運行隊列中
• S和D狀態(tài)都對應(yīng)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(yīng)任何請求
• 當(dāng)一個進(jìn)程正在進(jìn)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(jìn)程，再反饋給上層用戶，但如果這時候操作系統(tǒng)的資源嚴(yán)重不足，進(jìn)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(jìn)程，如果一個進(jìn)程在等待磁盤寫入完畢的期間被殺掉，那么就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失！為了防止這種情況，必須給該進(jìn)程一個標(biāo)識符--D，告訴操作系統(tǒng)我這個進(jìn)程在等待磁盤寫入完畢的期間是不能被殺掉的
• T停止?fàn)顟B(tài)：可以通過發(fā)送SIGSTOP來停止進(jìn)程，可以發(fā)送SIGCONT來讓進(jìn)程繼續(xù)運行，當(dāng)一個進(jìn)程想要獲取某種資源或者被其他進(jìn)程控制（如gdb），就可能會出現(xiàn)T狀態(tài)

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

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

三、進(jìn)程的優(yōu)先級

3.1基本概念

• CPU的資源是有限的，但是進(jìn)程是多個的，這就注定了進(jìn)程之間存在競爭關(guān)系
• 為了保證進(jìn)程被CPU調(diào)度的公平和良性競爭，就必須引入進(jìn)程優(yōu)先級的概念
• 進(jìn)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(jìn)程長時間無法訪問到資源，代碼無法被推進(jìn)，就會導(dǎo)致該進(jìn)程的饑餓問題
• 優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程有優(yōu)先執(zhí)行權(quán)利。配置進(jìn)程優(yōu)先權(quán)對多任務(wù)環(huán)境的linux很有用，可能改善系統(tǒng)性能
• 還可以把進(jìn)程運行到指定的CPU上，這樣一來，把不重要的進(jìn)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(jìn)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(jìn)程的代號
• PPID：代表這個進(jìn)程是由哪個進(jìn)程發(fā)展衍生而來的，亦即父進(jìn)程的代號
• PRI：代表這個進(jìn)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(jìn)程的 nice 值

PRI即進(jìn)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(jìn)程的優(yōu)先級別越高（默認(rèn)80）

NI就是nice值，其表示進(jìn)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(dāng)nice值為負(fù)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(jìn)程優(yōu)先級，在Linux下，就是調(diào)整進(jìn)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(jìn)程優(yōu)先級的命令

• 使用top r + 進(jìn)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(hù)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(yīng)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(jìn)程進(jìn)行調(diào)度！

新加入的進(jìn)程或者被進(jìn)程切換下來的進(jìn)程會鏈接到另外一個調(diào)度隊列的對應(yīng)的優(yōu)先級的隊列當(dāng)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(jìn)行調(diào)度，以此循環(huán)往復(fù)，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(jìn)程數(shù)目眾多，而CPU資源只有少量，甚至1個，所以進(jìn)程之間是具有競爭屬性的。為了高效完成任務(wù)，更合理競爭相關(guān)資源，便具有了優(yōu)先級
• 獨立性: 多進(jìn)程運行，需要獨享各種資源，多進(jìn)程運行期間互不干擾
• 并行: 多個進(jìn)程在多個CPU下分別，同時進(jìn)行運行，這稱之為并行
• 并發(fā): 多個進(jìn)程在一個CPU下采用進(jìn)程切換的方式，在一段時間之內(nèi)，讓多個進(jìn)程都得以推進(jìn)，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(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行到哪一行代碼？----通過pc(eip)程序計數(shù)器，記錄當(dāng)前進(jìn)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(jìn)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(jìn)行進(jìn)程切換到時候，如果不把屬于當(dāng)前進(jìn)程的存儲在寄存器中的數(shù)據(jù)帶走，那么下一個來的進(jìn)程在把數(shù)據(jù)放入寄存器的時候就會將上一個進(jìn)程的數(shù)據(jù)覆蓋，等到該進(jìn)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(jìn)程的臨時數(shù)據(jù)，也叫進(jìn)程的上下文
• 一個進(jìn)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(jìn)程離開CPU必須自己保存上下文帶走，再被調(diào)度時恢復(fù)上下文
• 總之，進(jìn)程切換涉及到保存上下文和恢復(fù)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(jìn)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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