[進程管理]Linux進程狀態解析之T、Z、X


         Linux進程狀態:T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED),暫停狀態或跟蹤狀態。

         向進程發送一個SIGSTOP信號,它就會因響應該信號而進入TASK_STOPPED狀態(除非該進程本身處於TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態而不響應信號)。(SIGSTOP與SIGKILL信號一樣,是非常強制的。不允許用戶進程通過signal系列的系統調用重新設置對應的信號處理函數。)
         向進程發送一個SIGCONT信號,可以讓其從TASK_STOPPED狀態恢復到TASK_RUNNING狀態。

         當進程正在被跟蹤時,它處於TASK_TRACED這個特殊的狀態。“正在被跟蹤”指的是進程暫停下來,等待跟蹤它的進程對它進行操作。比如在gdb中對被跟蹤的進程下一個斷點,進程在斷點處停下來的時候就處於TASK_TRACED狀態。而在其他時候,被跟蹤的進程還是處於前面提到的那些狀態。

         對於進程本身來說,TASK_STOPPED和TASK_TRACED狀態很類似,都是表示進程暫停下來。
而TASK_TRACED狀態相當於在TASK_STOPPED之上多了一層保護,處於TASK_TRACED狀態的進程不能響應SIGCONT信號而被喚醒。只能等到調試進程通過ptrace系統調用執行PTRACE_CONT、PTRACE_DETACH等操作(通過ptrace系統調用的參數指定操作),或調試進程退出,被調試的進程才能恢復TASK_RUNNING狀態。

         Linux進程狀態:Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE),退出狀態,進程成為僵屍進程。

         進程在退出的過程中,處於TASK_DEAD狀態。

         在這個退出過程中,進程占有的所有資源將被回收,除了task_struct結構(以及少數資源)以外。於是進程就只剩下task_struct這么個空殼,故稱為僵屍。
         之所以保留task_struct,是因為task_struct里面保存了進程的退出碼、以及一些統計信息。而其父進程很可能會關心這些信息。比如在shell中,$?變量就保存了最后一個退出的前台進程的退出碼,而這個退出碼往往被作為if語句的判斷條件。
         當然,內核也可以將這些信息保存在別的地方,而將task_struct結構釋放掉,以節省一些空間。但是使用task_struct結構更為方便,因為在內核中已經建立了從pid到task_struct查找關系,還有進程間的父子關系。釋放掉task_struct,則需要建立一些新的數據結構,以便讓父進程找到它的子進程的退出信息。

         父進程可以通過wait系列的系統調用(如wait4、waitid)來等待某個或某些子進程的退出,並獲取它的退出信息。然后wait系列的系統調用會順便將子進程的屍體(task_struct)也釋放掉。
         子進程在退出的過程中,內核會給其父進程發送一個信號,通知父進程來“收屍”。這個信號默認是SIGCHLD,但是在通過clone系統調用創建子進程時,可以設置這個信號。

         通過下面的代碼能夠制造一個EXIT_ZOMBIE狀態的進程:

#include   
void main() {  
if (fork())  
while(1) sleep(100);  
} 

編譯運行,然后ps一下:

  1. kouu@kouu-one:~/test$ ps -ax | grep a\.out  
  2. 10410 pts/0    S+     0:00 ./a.out  
  3. 10411 pts/0    Z+     0:00 [a.out]   
  4. 10413 pts/1    S+     0:00 grep a.out 

         只要父進程不退出,這個僵屍狀態的子進程就一直存在。那么如果父進程退出了呢,誰又來給子進程“收屍”?
當進程退出的時候,會將它的所有子進程都托管給別的進程(使之成為別的進程的子進程)。托管給誰呢?可能是退出進程所在進程組的下一個進程(如果存在的話),或者是1號進程。所以每個進程、每時每刻都有父進程存在。除非它是1號進程。

1號進程,pid為1的進程,又稱init進程。
linux系統啟動后,第一個被創建的用戶態進程就是init進程。它有兩項使命:
1、執行系統初始化腳本,創建一系列的進程(它們都是init進程的子孫);
2、在一個死循環中等待其子進程的退出事件,並調用waitid系統調用來完成“收屍”工作;
init進程不會被暫停、也不會被殺死(這是由內核來保證的)。它在等待子進程退出的過程中處於TASK_INTERRUPTIBLE狀態,“收屍”過程中則處於TASK_RUNNING狀態。

         Linux進程狀態:X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD),退出狀態,進程即將被銷毀。

         而進程在退出過程中也可能不會保留它的task_struct。比如這個進程是多線程程序中被detach過的進程(進程?線程?參見《linux線程淺析》)。或者父進程通過設置SIGCHLD信號的handler為SIG_IGN,顯式的忽略了SIGCHLD信號。(這是posix的規定,盡管子進程的退出信號可以被設置為SIGCHLD以外的其他信號。)
         此時,進程將被置於EXIT_DEAD退出狀態,這意味着接下來的代碼立即就會將該進程徹底釋放。所以EXIT_DEAD狀態是非常短暫的,幾乎不可能通過ps命令捕捉到。

         進程的初始狀態

         進程是通過fork系列的系統調用(fork、clone、vfork)來創建的,內核(或內核模塊)也可以通過kernel_thread函數創建內核進程。這些創建子進程的函數本質上都完成了相同的功能——將調用進程復制一份,得到子進程。(可以通過選項參數來決定各種資源是共享、還是私有。)
         那么既然調用進程處於TASK_RUNNING狀態(否則,它若不是正在運行,又怎么進行調用?),則子進程默認也處於TASK_RUNNING狀態。
         另外,在系統調用調用clone和內核函數kernel_thread也接受CLONE_STOPPED選項,從而將子進程的初始狀態置為 TASK_STOPPED。

         進程狀態變遷

         進程自創建以后,狀態可能發生一系列的變化,直到進程退出。而盡管進程狀態有好幾種,但是進程狀態的變遷卻只有兩個方向——從TASK_RUNNING狀態變為非TASK_RUNNING狀態、或者從非TASK_RUNNING狀態變為TASK_RUNNING狀態。
         也就是說,如果給一個TASK_INTERRUPTIBLE狀態的進程發送SIGKILL信號,這個進程將先被喚醒(進入TASK_RUNNING狀態),然后再響應SIGKILL信號而退出(變為TASK_DEAD狀態)。並不會從TASK_INTERRUPTIBLE狀態直接退出。

         進程從非TASK_RUNNING狀態變為TASK_RUNNING狀態,是由別的進程(也可能是中斷處理程序)執行喚醒操作來實現的。執行喚醒的進程設置被喚醒進程的狀態為TASK_RUNNING,然后將其task_struct結構加入到某個CPU的可執行隊列中。於是被喚醒的進程將有機會被調度執行。

         而進程從TASK_RUNNING狀態變為非TASK_RUNNING狀態,則有兩種途徑:
1、響應信號而進入TASK_STOPED狀態、或TASK_DEAD狀態;
2、執行系統調用主動進入TASK_INTERRUPTIBLE狀態(如nanosleep系統調用)、或TASK_DEAD狀態(如exit系統調用);或由於執行系統調用需要的資源得不到滿足,而進入TASK_INTERRUPTIBLE狀態或TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態(如select系統調用)。
         顯然,這兩種情況都只能發生在進程正在CPU上執行的情況下。


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