什么是不可中断状态

当 iowait 升高时,进程很可能因为得不到硬件的响应,而长时间处于不可中断状态。从 ps 或者 top 命令的输出中,可以发现它们都处于 D 状态,也就是不可中断状态 (Uninterruptible Sleep)。

不可中断状态,表示进程正在跟硬件交互,为了保护进程数据和硬件的一致性,系统不允许其他进程或中断打断这个进程。进程长时间处于不可中断状态,通常表示系统有 I/O 性能问题。

中断其实是一种异步的事件处理机制,可以提高系统的并发处理能力。

由于中断处理程序会打断其他进程的运行,所以,为了减少对正常进程运行调度的影响,中断处理程序就需要尽可能快地运行。如果中断本身要做的事情不多,那么处理起来也不会有太大问题;但如果中断要处理的事情很多,中断服务程序就有可能要运行很长时间。

特别是,中断处理程序在响应中断时,还会临时关闭中断。这就会导致上一次中断处理完成之前,其他中断都不能响应,也就是说中断有可能会丢失。

举个最常见的网卡接收数据包的例子:网卡接收到数据包后,会通过 硬件中断 的方式,通知内核有新的数据到了。这时,内核就应该调用中断处理程序来响应它。对上半部来说,既然是快速处理,其实就是要把网卡的数据读到内存中,然后更新一下硬件寄存器的状态(表示数据已经读好了),最后再发送一个 软中断 信号,通知下半部做进一步的处理。而下半部被软中断信号唤醒后,需要从内存中找到网络数据,再按照网络协议栈,对数据 进行逐层解析和处理,直到把它送给应用程序。

Linux 将中断处理过程分成了两个阶段,也就是上半部和下半部:

  • 上半部直接处理硬件请求,也就是我们常说的硬中断,特点是快速执行;

  • 而下半部则是由内核触发,也就是我们常说的软中断,特点是延迟执行。

Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型,可以通过查看 /proc/softirqs 来观察软中断的运行情况。

什么是僵死(僵尸)进程

僵死(僵尸)进程进程:一个进程使用 fork 创建子进程,如果子进程退出,而父进程并没有调用 wait() 或 waitpid() 获取子进程的状态信息,那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死(僵尸)。

通常,僵尸进程持续的时间都比较短,在父进程回收它的资源后就会消亡;或者在父进程退出后,由 init 进程回收后也会消亡。

短暂的僵尸状态我们通常不必理会,但进程长时间处于僵尸状态,就应该注意了,可能有应用程序没有正常处理子进程的退出。

top 命令查看进程状态

top 和 ps 是最常用的查看进程状态的工具,我们就从 top 的输出开始。下面是一个 top 命令输出的示例,S 列(也就是 Status 列)表示进程的状态。

top - 21:43:31 up 28 days, 23:44,  2 users,  load average: 0.02, 0.02, 0.00
Tasks: 139 total,   1 running, 138 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  3.2 us,  1.2 sy,  0.0 ni, 95.7 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem :  4042140 total,  1234472 free,   525152 used,  2282516 buff/cache
KiB Swap:        0 total,        0 free,        0 used.  3169024 avail Mem

  PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
 4606 rabbitmq  20   0 2169848  69784   6516 S   0.3  1.7 115:20.52 beam.smp
 4921 rabbitmq  20   0    7716     88      0 S   0.3  0.0   0:05.35 inet_gethost
11943 ubuntu    20   0   40504   3764   3184 R   0.3  0.1   0:00.01 top
    1 root      20   0  119960   6116   4020 S   0.0  0.2   3:18.65 systemd
    2 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:00.00 kthreadd
    3 root      20   0       0      0      0 S   0.0  0.0   0:33.16 ksoftirqd/0
  • R 是 Running 或 Runnable 的缩写,表示进程在 CPU 的就绪队列中,正在运行或者正 在等待运行。

  • D 是 Disk Sleep 的缩写,也就是不可中断状态睡眠(Uninterruptible Sleep),一般 表示进程正在跟硬件交互,并且交互过程不允许被其他进程或中断打断。

  • Z 是 Zombie 的缩写,如果你玩过“植物大战僵尸”这款游戏,应该知道它的意思。它 表示僵尸进程,也就是进程实际上已经结束了,但是父进程还没有回收它的资源(比如进程的描述符、PID 等)。

  • S 是 Interruptible Sleep 的缩写,也就是可中断状态睡眠,表示进程因为等待某个事件 而被系统挂起。当进程等待的事件发生时,它会被唤醒并进入 R 状态。

  • I 是 Idle 的缩写,也就是空闲状态,用在不可中断睡眠的内核线程上。前面说了,硬件 交互导致的不可中断进程用 D 表示,但对某些内核线程来说,它们有可能实际上并没有任何负载,用 Idle 正是为了区分这种情况。要注意,D 状态的进程会导致平均负载升 高, I 状态的进程却不会。

  • T 或者 t,也就是 Stopped 或 Traced 的缩写,表示进程处于暂停或者跟踪状态。向一个进程发送 SIGSTOP 信号,它就会因响应这个信号变成暂停状态(Stopped);再向它发送 SIGCONT 信号,进程又会恢复运行(如果进程是终端里直接启动的,则需要你 用 fg 命令,恢复到前台运行)。而当你用调试器(如 gdb)调试一个进程时,在使用断点中断进程后,进程就会变成跟踪 状态,这其实也是一种特殊的暂停状态,只不过你可以用调试器来跟踪并按需要控制进程的运行。

  • X 是 Dead 的缩写,表示进程已经消亡,所以你不会在 top 或者 ps 命令 中看到它。

ps 命令查看进程状态

root      6525  0.0  0.1  65512  6088 ?        Ss   Jun12  12:22 /usr/sbin/sshd -D
root     10376  0.0  0.1  99272  6944 ?        Ss   21:25   0:00 sshd: ubuntu [priv]
ubuntu   10453  0.0  0.0  99272  3384 ?        S    21:25   0:00 sshd: ubuntu@pts/0
root     11893  0.0  0.1  99272  6920 ?        Ss   21:43   0:00 sshd: ubuntu [priv]
ubuntu   11928  0.0  0.0  99272  3348 ?        S    21:43   0:00 sshd: ubuntu@pts/1
root     12913  0.0  0.0  12944   928 pts/1    S+   21:55   0:00 grep --color=auto sshd

状态为 Ss+ 和 D+ ,其中 S 表示可中断睡眠状态,D 表示不可中断睡眠状态。s 表示 这个进程是一个会话的领导进程,而 + 表示前台进程组。

进程组和会话。它们用来管理一组相互关联的进程,进程组表示一组相互关联的进程,比如每个子进程都是父进程所在组的成员;而会话是指共享同一个控制终端的一个或多个进程组。

比如,我们通过 SSH 登录服务器,就会打开一个控制终端(TTY),这个控制终端就对应 一个会话。而我们在终端中运行的命令以及它们的子进程,就构成了一个个的进程组,其中,在后台运行的命令,构成后台进程组;在前台运行的命令,构成前台进程组。

Nick            上次更新 2019-07-14 22:19:43

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