系统操作原理：进程的状态和转换(五态模型)

一、进程状态与转换

1.1 进程的三态模型

基于进程在执行过程中可能出现的情况，定义了以下三种状态：

运行（running）态：指进程正在使用处理器执行程序。在单处理器系统中，仅有一个进程处于运行状态；在多处理器系统中，则可能有多个进程同时运行。

就绪（ready）态：进程已具备运行条件，仅等待系统分配处理器即可执行。多个处于就绪状态的进程通常排队等待，形成就绪队列。

等待（wait）态：也称阻塞态或睡眠态，进程因等待某事件完成而暂停运行，例如等待I/O操作结束。即使分配处理器，进程也无法立即运行。

进程状态转换的具体原因如下：

运行态→等待态：进程需要等待资源，如外设数据传输或人工干预。

等待态→就绪态：等待的资源或事件完成，如I/O操作结束或人工干预完成。

运行态→就绪态：进程的时间片用完，或有更高优先级的进程需要运行。

就绪态→运行态：当处理器空闲时，系统选择一个就绪队列中的进程运行。

1.2 进程的五态模型

在三态模型的基础上，五态模型增加了新建态（new）和终止态（exit）：

新建态：表示进程被创建但尚未进入就绪队列。创建进程需要两个步骤：1.分配资源并建立管理信息；2.设置为就绪态，等待被调度。

终止态：表示进程完成任务、出现无法解决的错误或被其他进程或操作系统终止。终止进程涉及两个步骤：1.进行善后处理；2.回收资源并从系统中删除。

内核学习网站：

Linux内核源码/内存调优/文件系统/进程管理/设备驱动/网络协议栈

引起进程状态转换的具体原因如下：

NULL→新建态：执行程序，创建子进程。

新建态→就绪态：操作系统完成创建进程的操作，且系统性能和内存允许。

运行态→终止态：进程达到自然结束点、出现无法解决的错误、被操作系统或其他有终止权的进程终止。

运行态→就绪态：进程时间片用完，或有更高优先级的进程需要运行。

运行态→等待态：等待资源，如外设传输或人工干预。

就绪态→终止态：某些操作系统允许父进程终止子进程（未在图中显示）。

等待态→终止态：某些操作系统允许父进程终止子进程（未在图中显示）。

终止态→NULL：完成善后操作。

1.3 进程的七态模型

三态模型和五态模型假设所有进程都在内存中运行，但当系统资源（特别是内存）不足以满足所有进程运行时，需要将某些进程挂起（suspend），对换到磁盘交换区，释放其资源，暂不参与调度，以平滑系统负载。

七态模型在五态模型基础上增加了挂起就绪态（ready suspend）和挂起等待态（blocked suspend）：

挂起就绪态：进程具备运行条件，但目前在外存中，需对换到内存才能被调度执行。

挂起等待态：进程等待某事件发生，且目前在外存中。

引起进程状态转换的具体原因如下：

等待态→挂起等待态：根据当前资源和性能要求，操作系统决定将等待态进程对换出去。

挂起等待态→挂起就绪态：等待事件发生后，挂起等待态进程转为挂起就绪态。

挂起就绪态→就绪态：当内存中无就绪态进程或挂起就绪态进程优先级更高，系统将挂起就绪态进程转为就绪态。

就绪态→挂起就绪态：根据当前资源和性能要求，操作系统决定将就绪态进程对换出去。

挂起等待态→等待态：当有足够内存且挂起等待态进程优先级高，操作系统知晓其等待事件即将结束时，可能发生此状态转换。

运行态→挂起就绪态：高优先级的挂起等待态进程等待事件结束后需抢占CPU，但内存不足，导致运行态进程转为挂起就绪态。运行态进程也可自挂起。

新建态→挂起就绪态：根据当前资源和性能要求，操作系统决定新建进程对换出去。

挂起进程等同于不在内存中的进程，因此挂起进程不参与低级调度，直到被调换进内存。

挂起进程具有以下特征：

• 该进程不能立即执行。
• 挂起进程可能等待某事件，但事件结束并不能使进程具备执行条件（转为挂起就绪态）。
• 进程进入挂起状态是由于操作系统、父进程或自身阻止其运行。
• 结束挂起状态的命令只能由操作系统或父进程发出。