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进程状态并详解S和D状态

article 2025/9/16 10:41:54

#define TASK_RUNNING 0x0000 // 运行或就绪（在运行队列）

#define TASK_INTERRUPTIBLE 0x0001 // 可中断睡眠（S状态）

#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 0x0002 // 不可中断睡眠（D状态）

#define __TASK_STOPPED 0x0004 // 暂停（收到 SIGSTOP）

#define __TASK_TRACED 0x0008 // 被调试器追踪

#define EXIT_DEAD 0x0010 // 终止（最终状态）

#define EXIT_ZOMBIE 0x0020 // 僵尸进程

1.运行状态不一定非得是cpu在跑这个进程，只要是在跑或者在运行队列就行

2.浅睡眠状态S，比如sleep导致的，pcb挂到sleep创建的定时器的等待队列

3.深睡眠状态D，比如write时磁盘没准备好导致的，pcb挂到键盘的等待队列，深睡眠一般是进程进行IO时发生的

假如进程处于浅睡眠状态，如sleep，那进程会被挂在sleep创建的定时器的等待队列里，然后每次时钟中断，执行对应中断函数，会更新定时器，一旦等待时间够了，中断函数就会调用wake_up内核函数来唤醒等待进程，弄到运行队列里

假如进程处于D深度睡眠状态，如write时磁盘没准备好，进程会被挂在键盘的等待队列里，磁盘准备好后，键盘会发出硬件中断请求，然后cpu陷入内核，执行对应中断方法，中断函数会调用wake_up内核函数，使进程唤醒

进程在获取锁的时候，如果获取失败会切换到锁的等待队列上，等到其他进程执行完毕，unlock释放锁，unlock里面会调用wake_up内核函数，使锁上的进程切换到运行队列

wake_up内核函数（不是系统调用）

1.将进程的状态变成R

2.将进程切换到运行队列里

下面是详细过程：

1. 浅睡眠（S状态）—— 以 `sleep()` 为例

流程

进程调用 sleep(3)
- 用户态 sleep() → 内核 nanosleep() 系统调用 → 设置高精度定时器（hrtimer）。
加入等待队列
- 进程状态设为 TASK_INTERRUPTIBLE（S状态），挂入定时器的等待队列。
时钟中断处理
- 每次时钟中断（如 tick_sched_timer()）检查定时器是否到期。
- 到期时：调用 wake_up() 将进程移回运行队列，状态改为 TASK_RUNNING。

2. 深睡眠（D状态）—— 以 `write()` 写入磁盘文件为例

流程

进程调用 write()
- 陷入内核-> 若磁盘写入繁忙，进程设为 TASK_UNINTERRUPTIBLE（D状态），挂入磁盘设备的等待队列
硬件中断触发
- 磁盘准备就绪 → 发送中断请求（IRQ）→ CPU 陷入内核，执行磁盘中断处理程序
中断处理唤醒
- 中断程序确认写入完成 → 调用 wake_up() 唤醒磁盘等待队列中的进程

3. 锁竞争 —— 以 `mutex` 为例

流程

进程A 抢锁失败
- 调用 mutex_lock() → 若锁被占用，进程设为 TASK_UNINTERRUPTIBLE，挂入锁的等待队列。
进程B 释放锁
- 调用 mutex_unlock() → 检查等待队列 → 调用 wake_up() 唤醒进程A。
进程A 重新调度
- 被唤醒后状态改为 TASK_RUNNING，参与调度。

理解进程状态S和D的差别，不会被信号打断究竟在说什么

scanf的底层是read，read的时候stdin没数据，read会将进程设为S状态，pcb挂在stdin的等待队列，然后cpu会重新调度其他进程，按下ctrl+c，假如此时cpu运行的是进程B，触发硬件中断，cpu陷入内核，保存寄存器到进程B的内核栈，执行中断函数，会给等待队列中pcb中加入SIGINT信号并检查状态是S那就wake_up唤醒，然后切换到进程B用户态，等到cpu重新调度进程A，从上次read的阻塞点继续执行，会先判断有没有要处理的信号，如果有SIGINT，被忽略那就继续阻塞，如果不忽略，那就read返回EINTR，系统调用read执行完在即将切换回用户态时，在这个安全点处理信号SIGINT

假如进程A write时磁盘没有就绪，那就调用schedule()重新调度其他进程，write把进程A设为D状态，挂到磁盘等待队列，ctrl+c键盘硬件中断，执行中断函数，将磁盘等待队列里进程设置SIGINT的信号，然后检查进程状态是D状态，于是不会调用wake_up。直到磁盘准备就绪，发送硬件中断请求，可能在发生中断前cpu正在跑进程B，那么就陷入内核，把寄存器保存到进程B的内核栈，执行中断函数调用wake_up内核函数唤醒进程，然后切换到进程B用户态，等到cpu重新调度进程A，从write的阻塞点继续执行，直接开始写无论信号有没有被设置，write系统调用结束后在切换回用户态前执行SIGINT的执行函数