进程的挂起状态解析

原 作者 李兆龙 | 发表于 | 分类于 2018级

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引言

以前对于这个概念始终比较模糊，遂在解决后记录博客，希望帮助到有同样问题的朋友。

挂起状态是什么？

我们一般认为进程有五个状态，即新建态，就绪态，阻塞态，运行态，终止态。
在这里插入图片描述
而在这些状态之外还存在着一个状态，我们称之为挂起状态，它既可以是我们客户主动使得进程挂起，也可以是操作系统因为某些原因使得进程挂起。总而言之引入挂起状态的原因有以下几种：

  1. 用户的请求：可能是在程序运行期间发现了可疑的问题，需要暂停进程。
  2. 父进程的请求：考察，协调，或修改子进程。
  3. 操作系统的需要：对运行中资源的使用情况进行检查和记账。
  4. 负载调节的需要：有一些实时的任务非常重要，需要得到充足的内存空间，这个时候我们需要把非实时的任务进行挂起，优先使得实时任务执行。
  5. 定时任务：一个进程可能会周期性的执行某个任务，那么在一次执行完毕后挂起而不是阻塞，这样可以节省内存。
  6. 安全：系统有时可能会出现故障或者某些功能受到破坏，这是就需要将系统中正在进行的进程进行挂起，当系统故障消除以后，对进程的状态进行恢复。

既然我们知道了挂起状态引入的原因，那么我们再来看看带有挂起状态的进程状态转移过程：
在这里插入图片描述

相比于一般的五个状态的进程状态转移图，我们引入了两种挂起状态的类型，即就绪挂起状态和阻塞挂起状态。它们的区别就是就绪挂起状态其实还是在内存中的，而后者是在外存中的。接下来我们说一说新加入的几个状态转化的步骤：

  1. 运行状态->就绪挂起状态：这里发生在客户在程序正在运行是直接挂起程序。注意这里的箭头是单向的，所以在就绪挂起状态结束以后实际上是执行激活步骤，进入就绪状态，等待处理机调度。
  2. 阻塞状态->阻塞挂起状态：当内存空间比较紧缺的时候，如果有存在在内存中的，而且是处于阻塞状态的进程，那么就让他更需要内存的程序占用内存，自己进入阻塞挂起状态，PCB等数据存入外存。因为现在这个进程也不能进入就绪状态，这个程序在内存中是没有什么作用的。
  3. 阻塞挂起状态->就绪挂起状态：当阻塞状态等待的IO事件或其他事件到来的时候状态发生改变。
  4. 就绪挂起状态->就绪状态：如果内存中没有就绪态进程，操作系统需要调入一个进程继续执行。此外，当处于就绪/挂起状态的进程比处于就绪态的任何进程的优先级都要高时，也可以进行这种转换。这种情况的产生是由于操作系统设计者规定，调入高优先级的进程比减少交换量更重要。
  5. 就绪状态->就绪挂起状态：通常，操作系统更倾向于挂起阻塞态进程而不是就绪态进程，因为就绪态进程可以立即执行，而阻塞态进程占用了内存空间但不能执行。但如果释放内存以得到足够空间的唯一方法是挂起一个就绪态进程，那么这种转换也是必需的。并且，如果操作系统确信高优先级的阻塞态进程很快就会就绪，那么它可能选择挂起一个低优先级的就绪态进程，而不是一个高优先级的阻塞态进程。

挂起状态和阻塞状态有什么区别?

这里大多来自其他博主的文章，有以下几个方面的区别：

  1. 是否释放CPU：阻塞（pend）就是任务释放CPU，其他任务可以运行，一般在等待某种资源或信号量的时候出现。挂起（suspend）不释放CPU，如果任务优先级高就永远轮不到其他任务运行。一般挂起用于程序调试中的条件中断，当出现某个条件的情况下挂起，然后进行单步调试。
  2. 是否主动：显然阻塞是一种被动行为，其发生在磁盘，网络IO，wait，lock等要等待某种事件的发生的操作之后。因为拿不到IO资源，所以阻塞时会放弃 CPU的占用。而挂起是主动的，因为挂起后还要受到CPU的监督（等待着激活），所以挂起不释放CPU，比如sleep函数，站着CPU不使用。
  3. 与调度器是否相关：任务调度是操作系统来实现的，任务调度时，直接忽略挂起状态的任务，但是会顾及处于pend下的任务，当pend下的任务等待的资源就绪后，就可以转为ready了。ready只需要等待CPU时间，当然，任务调度也占用开销，但是不大，可以忽略。可以这样理解，只要是挂起状态，操作系统就不在管理这个任务了。

上面我们提到了sleep函数和wait函数，我们把它们单独拎出来看看：

sleep（）和wait（）函数的区别：

  1. 两者比较的共同之处是：两个方法都是使程序等待多少毫秒。
  2. 最主要区别是：sleep（）方法没有释放锁。而wait（）方法释放了锁，使得其他线程可以使用同步控制块或者方法。
  3. sleep（）指线程被调用时，占着CPU不工作，形象的说明为“占着CPU”睡觉。

sleep(2000)表示：占用CPU，程序休眠2秒。
wait(2000)表示：不占用CPU，程序等待2秒。

如何主动挂起程序

ctrl+z：挂起，程序放到后台，程序没有结束。
jobs：查看被挂起的程序工作号

恢复进程执行时，有两种选择：fg命令将挂起的作业放回到前台执行；用bg命令将挂起的作业放到后台执行
格式：fg 工作号；bg 工作号

总结

挂起状态一般不被放在进程的常用状态之一，常见的，”五大“状态里就没有挂起状态，但其实际上还是非常重要的，值得我们每一个人好好学习。

参考：