当前位置：首页 > news >正文

Linux 进程状态：内核角度与应用层角度

news 2025/11/6 8:00:35

Linux 进程状态：内核角度与应用层角度

目标：系统梳理 Linux 进程状态的内核定义、取值语义与应用层展示的关系；明确 ps/top/proc 的映射；说明常见状态转移与调试要点。

代码树：kernel-4.4.94。

1. 内核角度：状态位与字符映射

概念：
- task->state 表示“可运行性”相关状态位；task->exit_state 表示退出相关位。二者分离，避免误修改。
关键宏（include/linux/sched.h）：
- 基本位：TASK_RUNNING(0)、TASK_INTERRUPTIBLE(1)、TASK_UNINTERRUPTIBLE(2)、__TASK_STOPPED(4)、__TASK_TRACED(8)。
- 退出位：EXIT_DEAD(16)、EXIT_ZOMBIE(32)、EXIT_TRACE(EXIT_ZOMBIE|EXIT_DEAD)。
- 扩展位：TASK_DEAD(64)、TASK_WAKEKILL(128)、TASK_WAKING(256)、TASK_PARKED(512)、TASK_NOLOAD(1024)，最大 TASK_STATE_MAX(2048)。
- 组合便捷宏：
  - TASK_KILLABLE = TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE
  - TASK_STOPPED = TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED
  - TASK_TRACED = TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED
  - TASK_IDLE = TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_NOLOAD
  - TASK_NORMAL = TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE
  - TASK_ALL = TASK_NORMAL | __TASK_STOPPED | __TASK_TRACED
- 报告集：TASK_REPORT = TASK_RUNNING | TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE | __TASK_STOPPED | __TASK_TRACED | EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD
字符映射（TASK_STATE_TO_CHAR_STR）："RSDTtXZxKWPN"
- R: running
- S: sleeping（可中断睡眠）
- D: disk sleep（不可中断睡眠，通常是 I/O 等待）
- T: stopped
- t: tracing stop
- X: dead
- Z: zombie
- x/K/W/P/N：扩展/内部使用字符位，供调试/trace 映射（不同子系统可能裁剪显示）。
/proc 映射（fs/proc/array.c:get_task_state()）：
- 以 TASK_REPORT 为掩码，将 state|exit_state 映射到字符串数组：
  - "R (running)"、"S (sleeping)"、"D (disk sleep)"、"T (stopped)"、"t (tracing stop)"、"X (dead)"、"Z (zombie)"。
- TASK_PARKED 单独处理：视为 TASK_INTERRUPTIBLE（睡眠），避免误报为 running。

2. 应用层角度：ps/top/proc 的展示

ps -o state / top 的状态字符一般对应 TASK_STATE_TO_CHAR_STR 的前七类（R/S/D/T/t/X/Z）。
/proc/<pid>/status 的 State: 行来自 get_task_state()，显示为完整字符串（如 S (sleeping)）。
tools/perf 中的状态字符串可能有独立定义（例如 builtin-sched.c 中的 TASK_STATE_TO_CHAR_STR），但语义与内核一致。

3. 常见状态语义与转移

R（running）：
- 任务在 CPU 上运行或可运行队列上等待调度；state == 0。
S（sleeping，可中断）：
- 正在等待事件（如信号/条件）；可被信号唤醒；TASK_INTERRUPTIBLE。
D（disk sleep，不可中断）：
- 常见于设备 I/O 等不可中断等待；不会响应信号；TASK_UNINTERRUPTIBLE。
T（stopped）：
- 被 SIGSTOP/SIGTSTP 等信号停止或处于 ptrace 停止；__TASK_STOPPED。
t（tracing stop）：
- 由 ptrace 等导致的跟踪停止；__TASK_TRACED。
Z（zombie）：
- 任务已退出但父进程尚未 wait 回收；EXIT_ZOMBIE；/proc/<pid> 仍存在。
X（dead）：
- 将被彻底回收；EXIT_DEAD；通常用户态看不到。
其他内部位：
- TASK_WAKING（即将被唤醒）、TASK_PARKED（kthread park）、TASK_NOLOAD（不计入 load）等用于调度器与内核态控制。

状态转移示例：

R → S：schedule()、wait_event() 等进入可中断睡眠；
S/D → R：事件达成或 wake_up_process() 唤醒；
R/S/D → T/t：收到停止/跟踪信号或进入 ptrace 停止；
任意 → Z：调用 do_exit()，执行退出流程，等待父回收；
Z → 移除：父进程 wait*() 系列回收后，内核清理任务结构。

4. 调试与排查建议

长期处于 D（不可中断）：
- 可能设备驱动/块层卡住；查看栈回溯（echo t > /proc/sysrq-trigger 或 echo w > /proc/sysrq-trigger）与 sched_debug，定位持锁点或 I/O；结合 ftrace 的 block 事件与 perf trace。
僵尸进程（Z）清理：
- 确认父进程是否正确 wait；若父丢失，init 会接管并回收；检查父进程的 SIGCHLD 处理。
频繁切换 R/S：
- 正常活跃任务；若有抖动或负载异常，检查 CFS 参数与抢占阈值（sched_wakeup_granularity）以及锁竞争。
kthread parked：
- 属于内核线程管理行为，通常正常；TASK_PARKED 在 /proc 中映射为 S。