Linux命令--查看进程--ps--使用/教程/实例

简介

说明

        本文用示例介绍Linux查看进程的命令：ps的用法。

格式

ps [options]

示例

选项

结果含义

ps

ps -le 

进程状态

简介

一共有这些状态

R (TASK_RUNNING)，                                   可执行状态

S (TASK_INTERRUPTIBLE)，                       可中断的睡眠状态

D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，                  不可中断的睡眠状态

T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，    暂停状态或跟踪状态

Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，               退出状态，进程成为僵尸进程

X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)，                   退出状态，进程即将被销毁

其他几个状态： 

             W 无驻留页，没有足够的记忆体分页可分配

             L 内存所页，有记忆体分页分配并锁在记忆体内

             <</span> 高优先级进程 

             N 低优先级进程),

R (TASK_RUNNING)，可执行状态

        只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，这些进程的task_struct结构（进程控制块）被放入对应CPU的可执行队列中（一个进程最多只能出现在一个CPU的可执行队列中）。

        进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列中分别选择一个进程在该CPU上运行。

        很多操作系统教科书将正在CPU上执行的进程定义为RUNNING状态、而将可执行但是尚未被调度执行的进程定义为READY状态，这两种状态在linux下统一为 TASK_RUNNING状态。

S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态

        处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生（比如等待socket连接、等待信号量），而被挂起。

        这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时（由外部中断触发、或由其他进程触发），对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。

        通过ps命令我们会看到，一般情况下，进程列表中的绝大多数进程都处于TASK_INTERRUPTIBLE状态（除非机器的负载很高）。

        毕竟CPU就这么一两个，进程动辄几十上百个，如果不是绝大多数进程都在睡眠，CPU又怎么响应得过来。

D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态

       与TASK_INTERRUPTIBLE状态类似，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。不可中断，指的并不是CPU不响应外部硬件的中断，而是指进程不响应异步信号。

        绝大多数情况下，进程处在睡眠状态时，总是应该能够响应异步信号的。否则你将惊奇的发现，kill -9竟然杀不死一个正在睡眠的进程了！于是我们也很好理解，为什么ps命令看到的进程几乎不会出现TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，而总是TASK_INTERRUPTIBLE状态。

        而TASK_UNINTERRUPTIBLE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。（参见《linux内核异步中断浅析》）

        在进程对某些硬件进行操作时（比如进程调用read系统调用对某个设备文件进行读操作，而read系统调用最终执行到对应设备驱动的代码，并与对应的物理设备进行交互），可能需要使用TASK_UNINTERRUPTIBLE状态对进程进行保护，以避免进程与设备交互的过程被打断，造成设备陷入不可控的状态。这种情况下的TASK_UNINTERRUPTIBLE状态总是非常短暂的，通过ps命令基本上不可能捕捉到。

        linux系统中也存在容易捕捉的TASK_UNINTERRUPTIBLE状态。执行vfork系统调用后，父进程将进入TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，直到子进程调用exit或exec（参见《神奇的vfork》）。

        通过下面的代码就能得到处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程：

        #include   void main() {  if (!vfork()) sleep(100); }

T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，暂停状态或跟踪状态

       向进程发送一个SIGSTOP信号，它就会因响应该信号而进入TASK_STOPPED状态（除非该进程本身处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态而不响应信号）。

    （SIGSTOP与SIGKILL信号一样，是非常强制的。不允许用户进程通过signal系列的系统调用重新设置对应的信号处理函数。）向进程发送一个SIGCONT信号，

       可以让其从TASK_STOPPED状态恢复到TASK_RUNNING状态。

       当进程正在被跟踪时，它处于TASK_TRACED这个特殊的状态。“正在被跟踪”指的是进程暂停下来，等待跟踪它的进程对它进行操作。比如在gdb中对被跟踪的进程下一个断点，进程在断点处停下来的时候就处于TASK_TRACED状态。而在其他时候，被跟踪的进程还是处于前面提到的那些状态。对于进程本身来说，TASK_STOPPED和TASK_TRACED状态很类似，都是表示进程暂停下来。

        而TASK_TRACED状态相当于在TASK_STOPPED之上多了一层保护，处于TASK_TRACED状态的进程不能响应SIGCONT信号而被唤醒。只能等到调试进程通过ptrace系统调用执行PTRACE_CONT、PTRACE_DETACH等

操作（通过ptrace系统调用的参数指定操作），或调试进程退出，被调试的进程才能恢复TASK_RUNNING状态。

Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出状态，进程成为僵尸进程

       进程在退出的过程中，处于TASK_DEAD状态。

       在这个退出过程中，进程占有的所有资源将被回收，除了task_struct结构（以及少数资源）以外。于是进程就只剩下task_struct这么个空壳，故称为僵尸。

       之所以保留task_struct，是因为task_struct里面保存了进程的退出码、以及一些统计信息。而其父进程很可能会关心这些信息。比如在shell中，$?变量就保存了最后一个退出的前台进程的退出码，而这个退出码往往被作为if语句的判断条件。当然，内核也可以将这些信息保存在别的地方，而将task_struct结构释放掉，以节省一些空间。但是使用task_struct结构更为方便，

因为在内核中已经建立了从pid到task_struct查找关系，还有进程间的父子关系。释放掉task_struct，则需要建立一些新的数据结构，以便让父进程找到它的子进程的退出信息。

        父进程可以通过wait系列的系统调用（如wait4、waitid）来等待某个或某些子进程的退出，并获取它的退出信息。然后wait系列的系统调用会顺便将子进程的尸体（task_struct）也释放掉。

        子进程在退出的过程中，内核会给其父进程发送一个信号，通知父进程来“收尸”。这个信号默认是SIGCHLD，但是在通过clone系统调用创建子进程时，可以设置这个信号。

通过下面的代码能够制造一个EXIT_ZOMBIE状态的进程：

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

编译运行，然后ps一下：

        只要父进程不退出，这个僵尸状态的子进程就一直存在。那么如果父进程退出了呢，谁又来给子进程“收尸”？

        当进程退出的时候，会将它的所有子进程都托管给别的进程（使之成为别的进程的子进程）。托管给谁呢？可能是退出进程所在进程组的下一个进程（如果存在的话），或者是1号进程。所以每个进程、每时每刻都有父进程存在。除非它是1号进程。

1号进程：pid为1的进程，又称init进程，linux系统启动后，第一个被创建的用户态进程就是init进程。它有两项使命：

1、执行系统初始化脚本，创建一系列的进程（它们都是init进程的子孙）；

2、在一个死循环中等待其子进程的退出事件，并调用waitid系统调用来完成“收尸”工作；

init进程不会被暂停、也不会被杀死（这是由内核来保证的）。它在等待子进程退出的过程中处于TASK_INTERRUPTIBLE状态，“收尸”过程中则处于TASK_RUNNING状态。

X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)，退出状态，进程即将被销毁

       而进程在退出过程中也可能不会保留它的task_struct。比如这个进程是多线程程序中被detach过的进程（进程？线程？参见《linux线程浅析》）。或者父进程通过设置SIGCHLD信号的handler为SIG_IGN，显式的忽略了SIGCHLD信号。（这是posix的规定，尽管子进程的退出信号可以被设置为SIGCHLD以外的其他信号。）

        此时，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。所以EXIT_DEAD状态是非常短暂的，几乎不可能通过ps命令捕捉到。

状态转换

其他网址

​​进程的状态转换 - LRH呀 - 博客园​​

进程的初始状态

       进程是通过fork系列的系统调用（fork、clone、vfork）来创建的，内核（或内核模块）也可以通过kernel_thread函数创建内核进程。这些创建子进程的函数本质上都完成了相同的功能——将调用进程复制一份，得到子进程。（可以通过选项参数来决定各种资源是共享、还是私有。）

        那么既然调用进程处于TASK_RUNNING状态（否则，它若不是正在运行，又怎么进行调用？），则子进程默认也处于TASK_RUNNING状态。

        另外，在系统调用调用clone和内核函数kernel_thread也接受CLONE_STOPPED选项，从而将子进程的初始状态置为 TASK_STOPPED。

问答题

题目：某系统的状态转换图如图所示。

​

状态转换图

（1）分别说明引起状态转换1、2、3、4的原因，并各举一个事件。

（2）为什么在转换图中没有就绪到阻塞和阻塞到运行的转换方向？

（3）一个进程的状态变换能够引起另一个进程的状态变换，说明下列因果变迁是否可能发生，原因是什么？

             （a）3→1（b）2→1（c）3→2（d）3→4（e）4→1

答：

（1）

1：就绪->执行， 当前运行进程阻塞，调度程序选一个优先权最高的进程占有处理机；

2：执行->就绪， 当前运行进程时间片用完；

3：执行->阻塞，当前运行进程等待键盘输入，进入了睡眠状态。

4：阻塞->就绪，I/O操作完成，被中断处理程序唤醒。

（2）就绪进程没有占有处理机，也即没有经过运行，其状态就不会改变。

阻塞状态进程唤醒后先要进入就绪队列，才会被调度程序选中，进入了执行状态。

（3）

（a） 3→1： 可能，当前运行进程阻塞，调度程序选一个优先级最高的进程占有处理机。

（b）2→1：可能，当前运行进程优先级下降，调度程序选一个优先级最高的进程占有处理机。

（c）3→2： 不可能，占有CPU的一个进程不能同时进入两个状态；在单CPU的系统中，状态3发生后，cpu没有执行进程，故不会发生状态转换2。

（d）3→4：一般不可能，不相干的两个事件。状态转换3是由于运行进程等待资源而发生的，这并不会使得阻塞队列中的进程得到资源而进入就绪队列。

但在Unix中，当系统的0＃进程因runin标志而睡眠时，有（在内存）进程睡眠，就会唤醒0＃进程，使其进入就绪状态，以便将该进程和在盘交换区就绪进程交换位置。

（e）4→1：一般无关，但当就绪队列为空时，一个进程被唤醒转入就绪队列后，调度程序使该进程占有处理机（但是同一个进程）。