进程状态和状态转换
现在我们来看看，进程在生存周期中的各种状态及状态的转换。下面是 LINUX 系统的进程状态模型
的各种状态：
1) 用户状态：进程在用户状态下运行的状态。
2) 内核状态①：进程在内核状态下运行的状态。
3) 内存中就绪：进程没有执行，但处于就绪状态，只要内核调度它，就可以执行。
4) 内存中睡眠：进程正在睡眠并且进程存储在内存中，没有被交换到 SWAP 设备。
5) 就绪且换出：进程处于就绪状态，但是必须把它换入内存，内核才能再次调度它进行运行。
6) 睡眠且换出：进程正在睡眠，且被换出内存。
7) 被抢先：进程从内核状态返回用户状态时，内核抢先于它，做了上下文切换，调度了另一个进程。
原先这个进程就处于被抢先状态。
8) 创建状态：进程刚被创建。该进程存在，但既不是就绪状态，也不是睡眠状态。这个状态是除了进
程 0 以外的所有进程的最初状态。
9) 僵死状态（ zombie）：进程调用 exit 结束，进程不再存在，但在进程表项中仍有纪录，该纪录可由
父进程收集。
现在我们从进程的创建到退出来看看进程的状态转化。需要说明的是，进程在它的生命周期里并不一
定要经历所有的状态。
首先父进程通过系统调用 fork 来创建子进程，调用 fork 时，子进程首先处于创建态， fork 调用为子进
程配置好内核数据结构和子进程私有数据结构后，子进程就要进入就绪态 3 或 5，即在内存中就绪，或者
因为内存不够，而导致在 SWAP 设备中就绪。假设进程在内存中就绪，这时子进程就可以被内核调度程序调度上 CPU 运行。内核调度该进程进入
内核状态②，再由内核状态返回用户状态执行。该进程在用户状态运行一定时间后，又会被调度程序所
度而进入内核状态，由此转入就绪态①。有时进程在用户状态运行时，也会因为需要内核服务，使用系统
调用而进入内核状态，服务完毕，会由内核状态转回用户状态。要注意的是，进程在从内核状态向用户状
态返回时可能被抢占，进入状态 7，这是由于有优先级更高的进程急需使用 CPU，不能等到下一次调度时
机，从而造成抢占。
进程还会因为请求的资源不能得到满足，进入睡眠状态，直到它请求的资源被释放，才会被内核唤醒
而进入就绪态。如果进程在内存中睡眠时，内存不足，当进程睡眠时间达到一个阀值，进程会被 SWAP 出
内存，使得进程在 SWAP 设备上睡眠。这种状况同样可能发生在就绪的进程上。
进程调用 exit 系统调用，将使得进程进入内核状态，执行 exit 调用，进入僵死状态而结束。以上就是
进程状态转换的简单描述。
进程的上下文 ②是由用户级上下文、寄存器上下文以及系统级上下文组成。主要内容是该进程用户空
间内容、寄存器内容以及与该进程有关的内核数据结构。当系统收到一个中断、执行系统调用或内核做上
下文切换时，就会保存进程的上下文。一个进程是在它的上下文中运行的，若要调度进程，就要进行上下
文切换。内核在四种情况下允许发生上下文切换：
1) 当进程自己进入睡眠时；
2) 当进程执行完系统调用要返回用户状态，但发现该进程不是最有资格运行的进程时；
3) 当内核完成中断处理后要返回用户状态，但发现该进程不是最有资格运行的进程时；
4) 当进程退出（执行系统调用 exit 后）时。
有时内核要求必须终止当前进程的执行，立即从先前保存的上下文处执行。这可由 setjmp 和 longjmp
实现， setjmp 将保存的上下文存入进程自身的数据空间（ u 区）中，并继续在当前的上下文中执行，一旦
碰到了 longjmp，内核就从该进程的 u 区，取出先前保存的上下文，并恢复该进程的上下文为原先保存的。
这时内核将使得进程从 setjmp 处执行，并给 setjmp 返回 1 ③。
进程因等待资源或其他原因，进入睡眠态是通过内核的 sleep 算法。该算法与本章后面要讲到的 sleep
函数是两个概念。算法 sleep 记录进程原先的处理机优先级，置进程为睡眠态，将进程放入睡眠队列，记
录睡眠的原因，给该进程进行上下文切换。内核通过算法 wakeup 来唤醒进程，如某资源被释放，则唤醒
所有因等待该资源而进入睡眠的进程。如果进程睡眠在一个可以接收软中断信号（ signal）的级别上，则进
程的睡眠可由软中断信号的到来而被唤醒。 |
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