1. 前文鋪墊

進(jìn)程狀態(tài)是task_struct內(nèi)的一個整數(shù)；進(jìn)行：進(jìn)程在調(diào)度隊列中，進(jìn)程的狀態(tài)都是running，阻塞：等待某種設(shè)備或者資源就緒。進(jìn)程是一個隊列，設(shè)備也是一個隊列，當(dāng)我們讀磁盤，讀網(wǎng)卡的時候，如果對應(yīng)設(shè)備未就緒那么進(jìn)程就要阻塞等待了。進(jìn)程狀態(tài)變化的表現(xiàn)之一就是要在不同的隊列中進(jìn)行流動，本質(zhì)都是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的增刪查改！

理解內(nèi)核鏈表

在這里插入圖片描述
如果一個類里面有多個next,prve，那么就可以把任何一個task_struct即屬于運(yùn)行隊列，又屬于全局鏈表，還可以把它放到二叉樹中等。

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2. 進(jìn)程狀態(tài)

一個進(jìn)程可以有幾個狀態(tài)（在Linux內(nèi)核里，進(jìn)程有時候也叫做任務(wù)）。

下面的狀態(tài)在kernel源代碼里定義：

/*
*The task state array is a strange "bitmap" of
*reasons to sleep. Thus "running" is zero, and
*you can test for combinations of others with
*simple bit tests.
*/
staticconstchar*consttask_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 運(yùn)行或可運(yùn)行 (Running 或 Runnable)

狀態(tài)描述：進(jìn)程正在CPU上執(zhí)行，或在運(yùn)行隊列中等待調(diào)度。

觸發(fā)場景：進(jìn)程處于活動狀態(tài)，正在執(zhí)行或準(zhǔn)備執(zhí)行。

S 可中斷睡眠(Interruptible Sleep)

狀態(tài)描述：進(jìn)程在等待事件完成（如I/O操作、信號），可被信號中斷。

觸發(fā)場景：例如調(diào)用sleep()、read()等阻塞操作時。

D 不可中斷睡眠(Uninterruptible Sleep)

狀態(tài)描述：進(jìn)程等待不可中斷的操作（如硬件I/O），不響應(yīng)信號。

觸發(fā)場景：常見于磁盤I/O或某些內(nèi)核操作，需等待操作完成。

T 停止(Stopped)

狀態(tài)描述：進(jìn)程被信號（如SIGSTOP、SIGTSTP）暫停，需SIGCONT恢復(fù)。

觸發(fā)場景：手動暫停進(jìn)程（如按Ctrl+Z）或調(diào)試時。

Z 僵尸(Zombie)

狀態(tài)描述：進(jìn)程已終止，但父進(jìn)程未調(diào)用wait()回收資源。

觸發(fā)場景：父進(jìn)程未正確處理子進(jìn)程退出，導(dǎo)致殘留進(jìn)程描述符。

t 追蹤狀態(tài)(Tracing Stop)

狀態(tài)描述：進(jìn)程被調(diào)試器（如gdb）跟蹤時暫停，屬于停止?fàn)顟B(tài)的一種。

觸發(fā)場景：調(diào)試器設(shè)置斷點(diǎn)或單步執(zhí)行時。

X 死亡(Dead)

狀態(tài)描述： 子進(jìn)程結(jié)束之后，父進(jìn)程獲取子進(jìn)程信息之前。

觸發(fā)場景： 父進(jìn)程已回收子進(jìn)程狀態(tài)，短暫存在后消失。

2.1 進(jìn)程狀態(tài)查看

命令：ps aux / ps axj

a：用于顯示所有用戶的進(jìn)程，包括其他用戶的進(jìn)程（需要適當(dāng)?shù)臋?quán)限）。默認(rèn)情況下，ps 只顯示當(dāng)前用戶的進(jìn)程。
例如：ps a

x：用于顯示沒有控制終端的進(jìn)程。這些進(jìn)程通常是后臺運(yùn)行的守護(hù)進(jìn)程（daemon）。
例如：ps x
通常，ax選項一起使用，以顯示所有用戶的所有進(jìn)程，無論它們是否有控制終端。
例如：ps ax

j：用于顯示與作業(yè)控制相關(guān)的信息，包括進(jìn)程組ID（PGID）、會話ID（SID）、父進(jìn)程ID（PPID），以及作業(yè)號（如果有的話）。
例如：ps j
這對于理解進(jìn)程如何分組和作業(yè)控制很有幫助。

u :用于以用戶為中心的格式顯示進(jìn)程信息。它提供了每個進(jìn)程的詳細(xì)信息，如用戶、CPU使用率、內(nèi)存使用率、虛擬內(nèi)存大小、駐留內(nèi)存大小、控制終端、進(jìn)程狀態(tài)、啟動時間、CPU時間和命令行。
例如：ps u
通常，u 選項與 aux 一起使用，以顯示所有用戶的詳細(xì)進(jìn)程信息。
例如：ps aux

2.2 僵尸進(jìn)程

僵死狀態(tài)（Zombies）是一個比較特殊的狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程退出并且父進(jìn)程（使用wait()系統(tǒng)調(diào)用）沒有讀取到子進(jìn)程退出的返回代碼時就會產(chǎn)生僵死(尸)進(jìn)程。

僵死進(jìn)程會以終止?fàn)顟B(tài)保持在進(jìn)程表中，并且會一直在等待父進(jìn)程讀取退出狀態(tài)代碼。

只要子進(jìn)程退出，父進(jìn)程還在運(yùn)行，但父進(jìn)程沒有讀取子進(jìn)程狀態(tài)，子進(jìn)程進(jìn)入Z狀態(tài)。

2.3 僵尸進(jìn)程危害

進(jìn)程的退出狀態(tài)必須被維持下去，因為他要告訴關(guān)心它的進(jìn)程（父進(jìn)程），你交給我的任務(wù)，我
辦的怎么樣了。可父進(jìn)程如果一直不讀取，那子進(jìn)程就一直處于Z狀態(tài)？是的！

維護(hù)退出狀態(tài)本身就是要用數(shù)據(jù)維護(hù)，也屬于進(jìn)程基本信息，所以保存在task_struct(PCB)中，換句話說，Z狀態(tài)?直不退出，PCB一直都要維護(hù)？是的！

那一個父進(jìn)程創(chuàng)建了很多子進(jìn)程，就是不回收，是不是就會造成內(nèi)存資源的浪費(fèi)？是的！因為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對象本身就要占用內(nèi)存，C語言中定義一個結(jié)構(gòu)體變量（對象），是要在內(nèi)存的某個位置進(jìn)行開辟空間，那就會存在內(nèi)存泄漏?是的！
如何避免呢？我們后期講。

2.4 孤兒進(jìn)程

我們先來創(chuàng)建一段代碼

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代碼運(yùn)行后，子進(jìn)程一直運(yùn)行，父進(jìn)程運(yùn)行5秒后退出

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這個1號進(jìn)程是誰呢？top一下，我們可以看到它是systemd

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我們繼續(xù)查一下這個systemd

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為什么子進(jìn)程會被1(systemd)號進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)呢?如果不領(lǐng)養(yǎng)會出現(xiàn)什么問題呢？
答案是如果不被領(lǐng)養(yǎng)，那么這個子進(jìn)程就進(jìn)入僵尸進(jìn)程，有可能會造成內(nèi)存泄漏

父進(jìn)程為什么不會變成孤兒進(jìn)程或者僵尸進(jìn)程呢？
答案是父進(jìn)程也有自己的父進(jìn)程，父進(jìn)程的父進(jìn)程就是bash

一旦進(jìn)程變成孤兒進(jìn)程，它就會被1號進(jìn)程領(lǐng)養(yǎng)，變成后臺進(jìn)程，這時候Ctrl c就殺不掉它了，我們只能使用kill來殺死。

3. 進(jìn)程優(yōu)先級

3.1 概念

cpu資源分配的先后順序，就是指進(jìn)程的優(yōu)先級（priority）。

目標(biāo)資源稀缺，導(dǎo)致要通過優(yōu)先級確認(rèn)誰先誰后的問題。

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)先級對多任務(wù)環(huán)境的linux很有用，可以改善系統(tǒng)性能。

還可以把進(jìn)程運(yùn)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。

優(yōu)先級 vs 權(quán)限：優(yōu)先級是能得到資源，先后的問題，權(quán)限是能否得到資源的問題

優(yōu)先級其實(shí)也是一種數(shù)字，是task_struct中的一種屬性，數(shù)字值越低，優(yōu)先級越高 ，基于時間片的分時操作系統(tǒng)，優(yōu)先級未來可能變化，但變化的幅度不能太大

3.2 查看系統(tǒng)進(jìn)程

命令ps -al,其中a表示所有，l表示詳細(xì)信息。

我們上上面代碼中的父進(jìn)程不再退出，父子進(jìn)程一直運(yùn)行，再運(yùn)行代碼

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在linux系統(tǒng)中，每個用戶都有一個UID,linux中識別用戶就是用UID識別的。

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)展衍生出來的，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。進(jìn)程優(yōu)先級默認(rèn)：80

NI ：代表這個進(jìn)程優(yōu)先級的修正數(shù)據(jù)，nice值
進(jìn)程真實(shí)的優(yōu)先級 = PRI(默認(rèn)) + NI
PRI(new) = PRI(old) + nice

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

nice 其取值范圍是-20至19，一共40個級別。linux進(jìn)程優(yōu)先級范圍[60,99]

查UID,命令ls -ln

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sp用戶對應(yīng)的UID就是1001，文件創(chuàng)建的時候會把這個UID保存起來表明這個文件是誰創(chuàng)建的，進(jìn)程創(chuàng)建的時候也會把UID保存起來表明進(jìn)程是誰創(chuàng)建的。
所以當(dāng)我們訪問一個文件時，系統(tǒng)怎么識別出我們是擁有者，所屬組，或者other呢,我們訪問文件時本質(zhì)就是進(jìn)程在訪問文件，進(jìn)程怎么知道我們是誰呢？答案是是誰啟動的這個進(jìn)程，進(jìn)程就知道這個人的UID,這個文件是誰創(chuàng)建的這個文件的UID就有了，所以一個進(jìn)程將來拿著它的UID和文件的UID做對比，相等了就是擁有者，不相等查下一個，兩個都不相等就是other。
linux系統(tǒng)中，訪問任何資源都是進(jìn)程訪問，進(jìn)程就代表用戶。

3.3 查看進(jìn)程優(yōu)先級的命令

用top命令更改已存在進(jìn)程的nice：

top

進(jìn)入top后按“r”?>輸入進(jìn)程PID?>輸入nice值

其他調(diào)整優(yōu)先級的命令：nice，renice

linux調(diào)整優(yōu)先級的系統(tǒng)調(diào)用

3.4 補(bǔ)充概念-競爭、獨(dú)立、并行、并發(fā)

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(dú)立性: 多進(jìn)程運(yùn)行，需要獨(dú)享各種資源，多進(jìn)程運(yùn)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(yùn)行，這稱之為并行

并發(fā): 多個進(jìn)程在?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)

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4. 進(jìn)程切換

先談兩個問題：

死循環(huán)進(jìn)程是如何運(yùn)行的
我們平時在vs中寫一個while(1)的死循環(huán)，一旦跑起來我們就會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)會變卡了，但是不會卡死。
a.一旦一個進(jìn)程占有CPU，會把自己的代碼跑完嗎？不會?。ǔ沁@個代碼很短）每個進(jìn)程系統(tǒng)都會為它分配一個叫做時間片的東西。所以每一個進(jìn)程擁有CPU資源都不是永久性的，而是臨時性的。
b.死循環(huán)進(jìn)程不會打死進(jìn)程，因為死循環(huán)進(jìn)程不會一直占用CPU!

cpu,寄存器
cpu執(zhí)行一個進(jìn)程的時候就和PCB的關(guān)系不大了，cpu重點(diǎn)是訪問的是進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)，所以cpu會訪問當(dāng)前進(jìn)程的代碼和數(shù)據(jù)，為了能夠處理一條一條的代碼和數(shù)據(jù)，所以cpu中會存在很多的寄存器,每個寄存器在cpu內(nèi)部都有著臨時保存數(shù)據(jù)的任務(wù)，所以當(dāng)進(jìn)程再跑時，寄存器就會被填上臨時值，有的是計算結(jié)果，浮點(diǎn)數(shù)計算有沒有錯誤等。
結(jié)論:a.寄存器就是cpu內(nèi)部的臨時空間 b.寄存器 ！= 寄存器里面的數(shù)據(jù)

進(jìn)程如何切換？
CPU上下文切換：其實(shí)際含義是任務(wù)切換,或者CPU寄存器切換。當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外的任務(wù)時,它保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài),也就是CPU寄存器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)容被保存在任務(wù)自己的堆棧中,入棧工作完成后就把下一個將要運(yùn)行的任務(wù)的當(dāng)前狀況從該任務(wù)的棧中重新裝入CPU寄存器,并開始下一個任務(wù)的運(yùn)行,這一過程就是context switch。

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進(jìn)程切換最核心的就是保存和恢復(fù)當(dāng)前進(jìn)程的硬件上下文數(shù)據(jù)，即cpu內(nèi)寄存器的內(nèi)容。

保存在哪里？
保存到進(jìn)程的task_struct里面

如何區(qū)分新的進(jìn)程和已經(jīng)調(diào)度過的進(jìn)程？
在task_struct中增加一個標(biāo)記位。

5.Linux2.6內(nèi)核進(jìn)程O(1)調(diào)度隊列

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一個CPU擁有一個runqueue

如果有多個CPU就要考慮進(jìn)程個數(shù)的負(fù)載均衡問題

優(yōu)先級

普通優(yōu)先級：100?139（我們都是普通的優(yōu)先級，想想nice值的取值范圍，可與之對應(yīng)?。?/p>

實(shí)時優(yōu)先級：0?99（不關(guān)心）

活動隊列

時間片還沒有結(jié)束的所有進(jìn)程都按照優(yōu)先級放在該隊列

nr_active :總共有多少個運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程

queue[140] :一個元素就是一個進(jìn)程隊列，相同優(yōu)先級的進(jìn)程按照FIFO規(guī)則進(jìn)行排隊調(diào)度,所以，數(shù)組下標(biāo)就是優(yōu)先級！

從該結(jié)構(gòu)中，選擇一個最合適的進(jìn)程，過程是怎么的呢？
a. 從0下標(biāo)開始遍歷queue[140]
b. 找到第一個非空隊列，該隊列必定為優(yōu)先級最高的隊列
c. 拿到選中隊列的第一個進(jìn)程，開始運(yùn)行，調(diào)度完成！
d. 遍歷queue[140]時間復(fù)雜度是常數(shù)！但還是太低效了！

bitmap[5] :一共140個優(yōu)先級，一共140個進(jìn)程隊列，為了提高查找非空隊列的效率，就可以用5*32個比特位表示隊列是否為空，這樣，便可以大 大提高查找效率。

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過期隊列

過期隊列和活動隊列結(jié)構(gòu)一模一樣

過期隊列上放置的進(jìn)程，都是時間片耗盡的進(jìn)程

當(dāng)活動隊列上的進(jìn)程都被處理完畢之后，對過期隊列的進(jìn)程進(jìn)行時間片重新計算

active指針和expired指針

active 指針永遠(yuǎn)指向活動隊列

expired 指針永遠(yuǎn)指向過期隊列

活動隊列上的進(jìn)程會越來越少，過期隊列上的進(jìn)程會越來越多，因為進(jìn)程時間片到期時一直都存在的。

在合適的時候，只要能夠交換active指針和expired指針的內(nèi)容，就相當(dāng)于有具有了一批新的活動進(jìn)程！

linux真是算法調(diào)度：O（1）調(diào)度算法
再次理解nice值：nice值是為了保證老進(jìn)程的優(yōu)先級不被強(qiáng)制改變，原本進(jìn)程的優(yōu)先級不改變，加上一個nice值，當(dāng)本次調(diào)度完重新放入過期隊列時，更新優(yōu)先級，鏈入到指定位置。