Linux系统进程状态、僵尸进程及孤儿进程讲解

一、Linux进程状态

在我们的操作系统中，可以同时运行多个程序，而程序在内存中则是一个个的进程，在windows下我们打开任务管理器就可查看对应进程的状态。Linux下可以通过ps命令查看，Linux上进程主要有以下几种状态：

<1>运行状态 R（TASK_RUNNING）

当进程正在被CPU执行，或已经准备就绪随时可被调度执行，则称该进程为处于运行状态（running）。所谓就绪状态就是该进程已经具有执行所需的条件，随时可被调度执行，但是还在就绪队列中尚未被调度。

<2>可中断睡眠状态 S（TASK_INTERRUPTIBLE）

由于cpu同时可执行的进程有限，所以我们查看进程状态时会有大多数的进程都处于此状态。当进程处于可中断睡眠状态时，系统不会调度该进程执行。只有当系统产生一个中断或者释放了该进程正在等待的资源，或者该进程收到一个信号，就可以唤醒该进程并将状态转换到运行状态（R）。

<3>不可中断睡眠状态 D（TASK_UNINTERRUPTIBLE）

与可中断睡眠状态类似，但处于该状态的进程不响应异步信号，此状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。如果响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程（这个插入的流程可能只存在于内核态，也可能延伸到用户态），于是原有的流程就被中断了。

<4>暂停状态 T（TASK_STOPPED）

当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。

<5>僵死状态 Z（TASK_ZOMBIE）

当子进程已停止运行，但其父进程还在运行并且没有询问其状态时，则称该子进程处于僵死状态。僵死进程会以终止状态保持在进程表中，直到等待父进程读取退出状态码。

<6>退出状态 X ( TASK_DEAD - EXIT_DEAD)

进程将被置于EXIT_DEAD退出状态，这意味着接下来的代码立即就会将该进程彻底释放。该状态是非常短暂的，几乎不可能通过ps命令捕捉到。

补充：STAT状态位常见的状态字符

D 无法中断的休眠状态（通常 IO 的进程）；

R 正在运行可中在队列中可过行的；

S 处于休眠状态；

T 停止或被追踪；

W 进入内存交换 （从内核2.6开始无效）；

X 死掉的进程 （基本很少見）；

Z 僵尸进程；

< 优先级高的进程

N 优先级较低的进程

L 有些页被锁进内存；

s 进程的领导者（在它之下有子进程）；

l 多进程的（使用 CLONE_THREAD, 类似 NPTL pthreads）；

+ 位于后台的进程组；

使用ps a可查看当前所有进程：

二、僵尸进程

<1>先来构造一个僵尸进程的例子：我们在前面已经了解到一个子进程在其父进程没有调用wait()或waitpid()的情况下退出，如果其父进程还存在而一直不调用wait()，则该僵尸进程将无法回收，等到其父进程退出后该进程将被init回收。在这个过程中子进程已经放弃了几乎所有内存空间，没有任何可执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态等信息供其他进程收集，这个时候该子进程称为一个僵尸进程。这个子进程就是僵尸进程。例：

  1 #include 
  2 #include 
  3 #include 
  4 
  5 
  6 int main()
  7 {
  8     pid_t id = fork();
  9     if(id < 0){
 10         perror("fork");
 11         return 1;
 12     }else if(id > 0){
 13         printf("parent[%d] is sleeping\n",getpid());
 14         sleep(30);
 15     }else{
 16         printf("child[%d] is begin\n",getpid());
 17         sleep(5);
 18         exit(1);
 19     }
 20 
 21     return 0;
 22 }

我们在shell下同时开启两个终端，一个下运行以上程序，另外一个在执行过程中使用grep抓取stat状态为zZ进程，通过结果的显示我们可以看出来在该进程执行时父进程状态为Z，成为了僵尸进程

ps -A -o stat,ppid,pid,cmd | grep -e '^[Zz]'

<2>结果分别如下：

我们通过fork()创建一个子进程，父进程执行30s，子进程执行5s后就退出，并且父进程没有使用wait或waitpid的方式来获取子进程的退出信息，此时子进程就会出现僵尸进程的现象。

<3>避免僵尸进程的方法：

⒈父进程通过wait和waitpid等函数等待子进程结束，这会导致父进程挂起，相关用法可以通过man命令查看。

⒉ 如果父进程很忙，那么可以用signal函数为SIGCHLD安装handler，因为子进程结束后， 父进程会收到该信号，可以在handler中调用wait回收。

⒊ 如果父进程不关心子进程什么时候结束，那么可以用signal（SIGCHLD,SIG_IGN） 通知内核，自己对子进程的结束不感兴趣，那么子进程结束后，内核会回收， 并不再给父进程发送信号。

⒋ 还有一些技巧，就是fork两次，父进程fork一个子进程，然后继续工作，子进程fork一 个孙进程后退出，那么孙进程被init接管，孙进程结束后，init会回收。不过子进程的回收 还要自己做。

<4>僵尸进程的危害：

假设这样一个情景，我们有一个父进程在不断的创建子进程，每个子进程的存活时间都很短，父进程对子进程的终止状态都不管不顾，任由发展下去，子子孙孙，系统中就会存在许多的僵尸进程，更重要的是每一个僵尸进程都还没占着对应的进程列表，进程列表可是临界资源是有限的，时间一长内存中就没有多余的地方再让我们创建进程了。

三、孤儿进程

<1>同样通过构造一个例子来理解什么叫孤儿进程，此场景就和名字一样通俗易懂，所谓的“孤儿”，就是失去了“父亲”，也就是说在子进程还在执行时，父进程就已经退出了。看例子：

 #include 
 #include 

 int main()
 {
      pid_t id  = fork();

      if(id < 0){
          perror("for");
          return 1;
      }else if(id == 0){
          printf("start:im child[%d],parent is [%d]\n",getpid(),getppid());
          sleep(10);
          printf("finish:im child[%d],parent is [%d]\n",getpid(),getppid());
      }else{
          printf("im father[%d]\n",getpid());
          sleep(2);
      }   

      return 0;
  }

<2>运行结果及分析：

我们可以看出本来子进程的父进程Pid为2420，但是我们让父进程sleep两秒后就结束了，此时子进程依然还在运行，等子进程sleep完成后，此时父进程已经不在了，新的父亲的pid为1，也就是系统中的init进程，也可以说该子进程被init进程所接管。