操作系统进程状态

在操作系统中，进程是指正在运行的程序实例。进程有多种状态，可以根据进程状态判断进程当前所处的运行阶段，对于程序员来说，了解进程状态对于调试和优化程序都是非常有帮助的。

进程状态种类

操作系统中通常有以下进程状态：

• 新建（New）：进程正在被创建，但是还没有被操作系统调度运行。

• 就绪（Ready）：进程被操作系统调度，可以开始运行，但是还没有获得CPU时间片。

• 运行（Running）：进程正在执行。

• 阻塞（Blocked）：进程因为某些原因暂时不能运行，例如等待I/O操作完成或等待资源。此时进程不占用CPU资源。

• 终止（Terminated）：进程已经完成任务或者异常终止。

进程状态转换

进程的状态在运行的过程中不断地发生变化，不同状态之间会相互转换。主要状态转换如下：

• 新建 → 就绪：当进程被创建时，它处于新建状态，当操作系统开始调度运行进程时，就会将其状态改为就绪状态。

• 就绪 → 运行：当进程获得CPU时间片时，就会从就绪状态转换为运行状态。

• 运行 → 就绪：当进程的CPU时间片用完时，进程会从运行状态转换为就绪状态，等待下一轮调度。

• 运行 → 阻塞：当进程需要等待I/O操作等资源时，就会从运行状态转换为阻塞状态。

• 阻塞 → 就绪：当某些I/O操作完成等待资源被释放时，进程会从阻塞状态转换为就绪状态。

• 运行 → 终止：当进程任务完成或者发生异常时，进程会从运行状态转换为终止状态。

进程状态演示

下面是一段演示进程状态转换的代码：

import time, random

def io_bound():
    time.sleep(random.randint(1, 5)) # 模拟 I/O 操作

def cpu_bound():
    s = 0
    for i in range(100000000):
        s += i

while True:
    cpu_bound()
    io_bound()
    cpu_bound()

这是一个无限循环的进程，每次循环执行 CPU 计算和 I/O 操作。可以使用 top 命令或者任务管理器等工具来观察进程状态的变化。在执行时可以观察到进程的状态从就绪 → 运行 → 阻塞 → 就绪 → 运行 → 阻塞 → ... 不断变化。

总结

了解进程状态的变化有助于程序员更好地优化程序，比如针对 CPU 密集型或者 I/O 密集型任务采取不同的执行策略，从而提高程序执行效率。同时，进程状态也是操作系统调度的重要依据，优化进程状态转换可以有效提高系统性能。