Linux 进程管理：状态、优先级与调度核心解析

1. 进程状态

1.1 操作系统中状态的说明

运行、阻塞、挂起

1.2 什么叫做阻塞？

从现象入手：等待硬件就绪。硬件准备就绪谁最先知道？操作系统，操作系统就是硬件的管理者，先描述再组织。

阻塞和运行的本质：是看task_struct在谁提供的队列中。
Linux中第一个用户态进程是init/systemd（PID=1）。

阻塞不止等待硬件，还包括等待锁、等待其他进程释放资源等。

1.3 什么叫挂起

task_struct在内存里，因为内存资源不足，导致进程对应的数据或者代码被交换到swap分区，这种状态叫做挂起。
安装操作系统的盘都要留一个分区，swap分区用于内存扩展。swap分区和我们的磁盘分区一样，只是被隐藏了，我们看不见。
现在使用内存还要涉及换入和换出。

过度swap会导致系统变慢。swap分区存在的本质就是时间换空间。
但是swap不建议太大，太大会导致依赖swap，过度swap会导致分区被占满，系统变慢。

进程都处于运行状态，剩下的还没调度，内存不够依旧换入到磁盘空间，就会出现运行挂起。如果还是不行，Linux OS就会选择性地杀掉一些进程。

2. 具体谈Linux操作系统中的进程状态

进程状态用位图表示

2.1 Linux 的七种进程状态

R：Running，等同于运行+就绪状态。

S：Sleeping，可中断休眠（浅度睡眠），等同于阻塞状态。向进程发送信号也可以杀掉一个进程。

kill-9[进程号]

-9就是信号的意思。

前台进程，往往状态后面带加号。

前后台进程 – TODO
kill -9 发送信号
STAT后面带+的是前台进程，否则是后台进程

D：Disk Sleep，Linux特有的状态，不可中断休眠（深度睡眠），和磁盘有关。等待磁盘IO的过程中，不可能被OS杀掉，只能等磁盘返回信号。
什么情况下会遇到D状态：进程进行大量的I/O操作时。

T：Stopped，暂停状态，触发某种信号让其自己暂停下来，需要人唤醒。

kill-lkill-19[进程号]# 暂停进程kill-18[进程号]# 继续进程

后台进程用&符号启动，前台进程可以从键盘获取输入，后台进程没有办法从键盘获取输入。

t：Tracing Stop，追踪暂停。gdb调试时，父进程向子进程发送信号，让子进程暂停运行，从而达到逐过程执行的效果。
X：Dead，进程死亡，OS回收PCB，进程彻底消失。

2.2 僵尸进程（Zombie）

Z：Zombie，僵尸状态。进程创建之初是为了解决问题的，当进程退出时，只保留进程的task_struct，让父进程或OS获取子进程的退出数据。

为什么要有Z状态？

1. 进程退出了，退出信息是什么？（main函数的返回值或收到的信号值）
2. 进程退出了，退出信息保存在哪里？（进程自己的task_struct结构体中）
3. 检测Z状态进程，回收Z状态进程，本质是在做什么？（获取数据，让task_struct转为X并释放掉）
4. 具体怎样回收？谁来回收？（父进程通过系统调用wait/waitpid，由OS来回收）

如果父进程不回收子进程呢？
该进程将永远处于Z状态，task_struct不会被释放，永远占据内核资源空间，这种情况就叫做资源泄漏。所以子进程必须被回收！！！

new出来的空间，如果对应的进程结束了，内存泄漏的问题还在吗？不在了。用户层申请的内存是归操作系统管理的，进程结束时OS会回收所有用户态内存。但是，如果进程是常驻进程（守护进程），它不结束，内存泄漏就会持续累积，最终可能导致系统OOM（内存耗尽）。所以常驻进程中必须格外注意内存泄漏问题。

有些软件（如服务器程序、守护进程）是常驻内存的，你不退出它就不退出。这种常驻在内存中的进程叫做常驻进程。常驻进程是不结束的，所以如果不释放内存就会存在内存泄漏。

2.3 孤儿进程（Orphan）

孤儿进程：如果父进程先于子进程退出，子进程就成为孤儿进程，会被系统的init进程（PID=1）或systemd收养，由init进程负责回收。

3. 进程的优先级

3.1 优先级是什么？

1. 优先级 VS 权限
   权限：决定进程“能不能”获取某种资源（如root权限与普通用户权限）。
   优先级：在进程已经具备获取资源权限的前提下，决定获取该资源的“先后顺序”。

调度队列的本质就是确定优先级。

3.2 为什么要有优先级？

CPU是稀缺资源，设置优先级是为了决定进程获取CPU等资源的先后顺序，从而保证系统的高效运行和关键任务的及时响应。

3.3 查看与修改进程优先级

通过以下命令可以查看进程的优先级信息：

ps-l

输出结果中的PRI列表示进程的实际优先级，NI（nice值）列表示优先级的修正值。

1. nice值的范围：-20 ~ +19，共40个等级。nice值越小，优先级越高；nice值越大，优先级越低。
2. 为什么是这个范围？为什么不能随便改？
   • 这是Linux内核的设计决策，既保证了足够的调度粒度，又防止普通用户过度抢占系统资源。
   • 普通用户只能调大nice值（降低自己进程的优先级），只有root用户才能将nice值调小到-20（提高优先级）。
3. 进程优先级的变化范围是多少？old pri是什么？
   • Linux中实际调度优先级 ≈ 基础优先级 + nice值。基础优先级通常为80，所以实际PRI范围约为 60 ~ 99。
   • old pri指的是进程在被修改之前的旧优先级。高频率修改优先级会导致调度器频繁重新计算和排队，增加系统开销。

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