Linux進程狀態解析之R、S、D、T、Z、X
Linux是一個多用戶，多任務的系統，可以同時運行多個用戶的多個程序，就必然會產生很多的進程，而每個進程會有不同的狀態。
Linux進程狀態：R (TASK_RUNNING)，可執行狀態。
只有在該狀態的進程才可能在CPU上運行。而同一時刻可能有多個進程處于可執行狀態，這些進程的task_struct結構（進程控制塊）被放入對應CPU的可執行隊列中（一個進程最多只能出現在一個CPU的可執行隊列中）。進程調度器的任務就是從各個CPU的可執行隊列中分別選擇一個進程在該CPU上運行。
很多操作系統教科書將正在CPU上執行的進程定義為RUNNING狀態、而將可執行但是尚未被調度執行的進程定義為READY狀態，這兩種狀態在linux下統一為 TASK_RUNNING狀態。
Linux進程狀態：S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中斷的睡眠狀態。
處于這個狀態的進程因為等待某某事件的發生（比如等待socket連接、等待信號量），而被掛起。這些進程的task_struct結構被放入對應事件的等待隊列中。當這些事件發生時（由外部中斷觸發、或由其他進程觸發），對應的等待隊列中的一個或多個進程將被喚醒。
通過ps命令我們會看到，一般情況下，進程列表中的絕大多數進程都處于TASK_INTERRUPTIBLE狀態（除非機器的負載很高）。畢竟CPU就這么一兩個，進程動輒幾十上百個，如果不是絕大多數進程都在睡眠，CPU又怎么響應得過來。
Linux進程狀態：D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中斷的睡眠狀態。
與TASK_INTERRUPTIBLE狀態類似，進程處于睡眠狀態，但是此刻進程是不可中斷的。不可中斷，指的并不是CPU不響應外部硬件的中斷，而是指進程不響應異步信號。絕大多數情況下，進程處在睡眠狀態時，總是應該能夠響應異步信號的。否則你將驚奇的發現，kill -9竟然殺不死一個正在睡眠的進程了！于是我們也很好理解，為什么ps命令看到的進程幾乎不會出現TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態，而總是TASK_INTERRUPTIBLE狀態。
而TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態存在的意義就在于，內核的某些處理流程是不能被打斷的。如果響應異步信號，程序的執行流程中就會被插入一段用于處理異步信號的流程（這個插入的流程可能只存在于內核態，也可能延伸到用戶態），于是原有的流程就被中斷了。（參見《linux內核異步中斷淺析》）在進程對某些硬件進行操作時（比如進程調用read系統調用對某個設備文件進行讀操作，而read系統調用最終執行到對應設備驅動的代碼，并與對應的物理設備進行交互），可能需要使用TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態對進程進行保護，以避免進程與設備交互的過程被打斷，造成設備陷入不可控的狀態。這種情況下的TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態總是非常短暫的，通過ps命令基本上不可能捕捉到。
linux系統中也存在容易捕捉的TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態。執行vfork系統調用后，父進程將進入TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態，直到子進程調用exit或exec（參見《神奇的vfork》）。通過下面的代碼就能得到處于TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態的進程：
#include <stdio.h> void main() { if (!vfork()) sleep(100); }
編譯運行，然后ps一下：
kouu@kouu-one:~/test$ ps -ax | grep a\.out 4371 pts/0 D+ 0:00 ./a.out 4372 pts/0 S+ 0:00 ./a.out 4374 pts/1 S+ 0:00 grep a.out
然后我們可以試驗一下TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態的威力。不管kill還是kill -9，這個TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態的父進程依然屹立不倒。
上面我們介紹了Linux進程的R、S、D三種狀態，這里接著上面的文章介紹另外三個狀態。
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（除非該進程本身處于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，它處于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于TASK_TRACED狀態。而在其他時候，被跟蹤的進程還是處于前面提到的那些狀態。
對于進程本身來說，TASK_STOPPED和TASK_TRACED狀態很類似，都是表示進程暫停下來。而TASK_TRACED狀態相當于在TASK_STOPPED之上多了一層保護，處于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TASK_RUNNING狀態。
Linux進程狀態：Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出狀態，進程成為僵尸進程。
進程在退出的過程中，處于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。于是進程就只剩下task_struct這么個空殼，故稱為僵尸。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，$?變量就保存了最后一個退出的前臺進程的退出碼，而這個退出碼往往被作為if語句的判斷條件。當然，內核也可以將這些信息保存在別的地方，而將task_struct結構釋放掉，以節省一些空間。但是使用task_struct結構更為方便，因為在內核中已經建立了從pid到task_struct查找關系，還有進程間的父子關系。釋放掉task_struct，則需要建立一些新的數據結構，以便讓父進程找到它的子進程的退出信息。
父進程可以通過wait系列的系統調用（如wait4、waitid）來等待某個或某些子進程的退出，并獲取它的退出信息。然后wait系列的系統調用會順便將子進程的尸體（task_struct）也釋放掉。子進程在退出的過程中，內核會給其父進程發送一個信號，通知父進程來“收尸”。這個信號默認是SIGCHLD，但是在通過clone系統調用創建子進程時，可以設置這個信號。
通過下面的代碼能夠制造一個EXIT_ZOMBIE狀態的進程：
#include void main() { if (fork()) while(1) sleep(100); }
編譯運行，然后ps一下：
kouu@kouu-one:~/test$ ps -ax | grep a\.out 10410 pts/0 S+ 0:00 ./a.out 10411 pts/0 Z+ 0:00 [a.out] 10413 pts/1 S+ 0:00 grep a.out
只要父進程不退出，這個僵尸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“收尸”？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，并調用waitid系統調用來完成“收尸”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于TASK_INTERRUPTIBLE狀態，“收尸”過程中則處于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，進程將被置于EXIT_DEAD退出狀態，這意味著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于TASK_RUNNING狀態（否則，它若不是正在運行，又怎么進行調用？），則子進程默認也處于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）。并不會從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。于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）；或由于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。
.進程的三種基本狀態
進程在運行中不斷地改變其運行狀態。通常，一個運行進程必須具有以下三種基本狀態。
就緒(Ready)狀態
當進程已分配到除CPU以外的所有必要的資源，只要獲得處理機便可立即執行，這時的進程狀態稱為就緒狀態。
執行（Running）狀態當進程已獲得處理機，其程序正在處理機上執行，此時的進程狀態稱為執行狀態。
阻塞(Blocked)狀態正在執行的進程，由于等待某個事件發生而無法執行時，便放棄處理機而處于阻塞狀態。引起進程阻塞的事件可有多種，例如，等待I/O完成、申請緩沖區不能滿足、等待信件(信號)等。
2.進程三種狀態間的轉換
一個進程在運行期間，不斷地從一種狀態轉換到另一種狀態，它可以多次處于就緒狀態和執行狀態，也可以多次處于阻塞狀態。圖3_4描述了進程的三種基本狀態及其轉換。
(1) 就緒→執行處于就緒狀態的進程
，當進程調度程序為之分配了處理機后，該進程便由就緒狀態轉變成執行狀態。
(2) 執行→就緒處于執行狀態的進程在其執行過程中，因分配給它的一個時間片已用完而不得不讓出處理機，于是進程從執行狀態轉變成就緒狀態。
(3) 執行→阻塞正在執行的進程因等待某種事件發生而無法繼續執行時，便從執行狀態變成阻塞狀態。
(4) 阻塞→就緒處于阻塞狀態的進程，若其等待的事件已經發生，于是進程由阻塞狀態轉變為就緒狀態。
例：
題目：某系統的狀態轉換圖如圖所示。
（1）分別說明引起狀態轉換1、2、3、4的原因，并各舉一個事件。（2）為什么在轉換圖中沒有就緒到阻塞和阻塞到運行的轉換方向？（3）一個進程的狀態變換能夠引起另一個進程的狀態變換，說明下列因果變遷是否可能發生，原因是什么？（a）3→1（b）2→1（c）3→2（d）3→4（e）4→1
答： （1）1：就緒->執行， 當前運行進程阻塞，調度程序選一個優先權最高的進程占有處理機；2：執行->就緒， 當前運行進程時間片用完；3：執行->阻塞，當前運行進程等待鍵盤輸入，進入了睡眠狀態。4：阻塞->就緒，I/O操作完成，被中斷處理程序喚醒。
（2）就緒進程沒有占有處理機，也即沒有經過運行，其狀態就不會改變。阻塞狀態進程喚醒后先要進入就緒隊列，才會被調度程序選中，進入了執行狀態。
（3）（a） 3→1： 可能，當前運行進程阻塞，調度程序選一個優先級最高的進程占有處理機。（b）2→1：可能，當前運行進程優先級下降，調度程序選一個優先級最高的進程占有處理機。（c）3→2： 不可能，占有CPU的一個進程不能同時進入兩個狀態；在單CPU的系統中，狀態3發生后，cpu沒有執行進程，故不會發生狀態轉換2。（d）3→4：一般不可能，不相干的兩個事件。狀態轉換3是由于運行進程等待資源而發生的，這并不會使得阻塞隊列中的進程得到資源而進入就緒隊列。但在Unix中，當系統的0＃進程因runin標志而睡眠時，有（在內存）進程睡眠，就會喚醒0＃進程，使其進入就緒狀態，以便將該進程和在盤交換區就緒進程交換位置。（e）4→1：一般無關，但當就緒隊列為空時，一個進程被喚醒轉入就緒隊列后，調度程序使該進程占有處理機（但是同一個進程）。
