信号、信号量、进程的状态的区别你知道吗？

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千寻22 2022-09-09 06:13:13 博主文章分类：Linux和shell ©著作权

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信号量(Semaphore)，有时被称为信号灯，是在多环境下使用的一种设施，是可以用来保证两个或多个关键代码段不被并发调用。

在进入一个关键代码段之前，线程必须获取一个信号量；一旦该关键代码段完成了，那么该线程必须释放信号量。其它想进入该关键代码段的线程必须等待直到第一个线程释放信号量。为了完成这个过程，需要创建一个信号量VI，然后将Acquire Semaphore VI以及Release Semaphore VI分别放置在每个关键代码段的首末端。确认这些信号量VI引用的是初始创建的信号量。

信号量：（Semaphore）进程间通信处理同步互斥的机制。是在多线程环境下使用的一种设施, 它负责协调各个线程, 以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。

竞态条件（race condition）是一个在设备或者系统试图同时执行两个操作的时候出现的不希望的状况，但是由于设备和系统的自然特性，为了正确地执行，操作必须按照合适顺序进行。

在计算机内存或者存储里，如果同时发出读写大量数据的指令的时候竞态条件可能发生，机器试图覆盖相同的或者旧的数据，而此时旧的数据仍然在被读取。结果可能是下面一个或者多个情况：计算机死机，出现非法操作提示并结束程序，错误的读取旧的数据，或者错误的写入新数据。在串行的内存和存储访问能防止这种情况，当读写命令同时发生的时候，默认是先执行读操作的。　

如果两个或两个以上的线程同时访问相同的对象,或者访问不同步的共享状态.就会出现竞态条件。

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Linux是一个多用户，多任务的系统，可以同时运行多个用户的多个程序，就必然会产生很多的进程，

而每个进程会有不同的状态。

1. Linux进程状态：R (TASK_RUNNING)，可执行状态&运行状态(在run_queue队列里的状态)

2. Linux进程状态：S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态, 可处理signal

3. Linux进程状态：D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态,　可处理signal,　有延迟

4. Linux进程状态：T (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，暂停状态或跟踪状态,　

不可处理signal,　因为根本没有时间片运行代码

5. Linux进程状态：Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出状态，进程成为僵尸进程。

不可被kill,　即不响应任务信号,　无法用SIGKILL杀死

Linux进程状态：R (TASK_RUNNING)，可执行状态。

只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同一时刻可能有多个进程处于可执行状态，

这些进程的task_struct结构（进程控制块）被放入对应CPU的可执行队列中（一个进程最多

只能出现在一个CPU的可执行队列中）。进程调度器的任务就是从各个CPU的可执行队列

中分别选择一个进程在该CPU上运行。

很多操作系统教科书将正在CPU上执行的进程定义为RUNNING状态、而将可执行但是尚未

被调度执行的进程定义为READY状态，这两种状态在linux下统一为 TASK_RUNNING状态。

Linux进程状态：S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态。

处于这个状态的进程因为等待某某事件的发生（比如等待socket连接、等待信号量），而被挂起。

这些进程的task_struct结构被放入对应事件的等待队列中。当这些事件发生时（由外部中断触发、

或由其他进程触发），对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。

通过ps命令我们会看到，一般情况下，进程列表中的绝大多数进程都处于TASK_INTERRUPTIBLE状态

（除非机器的负载很高）。毕竟CPU就这么一两个，进程动辄几十上百个，如果不是绝大多数进程

都在睡眠，CPU又怎么响应得过来。

Linux进程状态：D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态。

与TASK_INTERRUPTIBLE状态类似，进程处于睡眠状态，但是此刻进程是不可中断的。不可中断，

指的并不是CPU不响应外部硬件的中断，而是指进程不响应异步信号。
绝大多数情况下，进程处在睡眠状态时，总是应该能够响应异步信号的。否则你将惊奇的发现，

kill -9竟然杀不死一个正在睡眠的进程了！于是我们也很好理解，为什么ps命令看到的进程几乎

不会出现TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，而总是TASK_INTERRUPTIBLE状态。

而TASK_UNINTERRUPTIBLE状态存在的意义就在于，内核的某些处理流程是不能被打断的。

如果响应异步信号，程序的执行流程中就会被插入一段用于处理异步信号的流程

（这个插入的流程可能只存在于内核态，也可能延伸到用户态），于是原有的流程就被中断了。

（参见《linux内核异步中断浅析》）

在进程对某些硬件进行操作时（比如进程调用read系统调用对某个设备文件进行读操作，

而read系统调用最终执行到对应设备驱动的代码，并与对应的物理设备进行交互），

可能需要使用TASK_UNINTERRUPTIBLE状态对进程进行保护，以避免进程与设备交

互的过程被打断，造成设备陷入不可控的状态。这种情况下的TASK_UNINTERRUPTIBLE

状态总是非常短暂的，通过ps命令基本上不可能捕捉到。

linux系统中也存在容易捕捉的TASK_UNINTERRUPTIBLE状态。执行vfork系统调用后，

父进程将进入TASK_UNINTERRUPTIBLE状态，直到子进程调用exit或exec（参见《神奇的vfork》）。

TASK_INTERRUPTIBLE 和TASK_UNINTERRUPTIBLE 的区别
TASK_INTERRUPTIBLE是可以被信号和wake_up()唤醒的，当信号到来时，进程会被设置为可运行。
而TASK_UNINTERRUPTIBLE只能被wake_up()唤醒

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信号：（signal）机制是进程之间相互传递消息的一种方法，信号全称为软中断信号，也有人称作软中断。从它的命名可以看出，它的实质和使用很象中断。信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程外，还可以发送信号给进程本身。所以，信号可以说是进程控制的一部分。

一、信号的基本概念

本节先介绍信号的一些基本概念，然后给出一些基本的信号类型和信号对应的事件。基本概念对于理解和使用信号，对于理解信号机制都特别重要。下面就来看看什么是信号。

1、基本概念

软中断信号（signal，又简称为信号）用来通知进程发生了异步事件。进程之间可以互相通过系统调用kill发送软中断信号。内核也可以因为内部事件而给进程发送信号，通知进程发生了某个事件。注意，信号只是用来通知某进程发生了什么事件，并不给该进程传递任何数据。

收到信号的进程对各种信号有不同的处理方法。处理方法可以分为三类：

第一种是类似中断的处理程序，对于需要处理的信号，进程可以指定处理函数，由该函数来处理。

第二种方法是，忽略某个信号，对该信号不做任何处理，就象未发生过一样。

第三种方法是，对该信号的处理保留系统的默认值，这种缺省操作，对大部分的信号的缺省操作是使得进程终止。进程通过系统调用signal来指定进程对某个信号的处理行为。

在进程表的表项中有一个软中断信号域，该域中每一位对应一个信号，当有信号发送给进程时，对应位置位。由此可以看出，进程对不同的信号可以同时保留，但对于同一个信号，进程并不知道在处理之前来过多少个。

2、信号的类型

发出信号的原因很多，这里按发出信号的原因简单分类，以了解各种信号：

（1）与进程终止相关的信号。当进程退出，或者子进程终止时，发出这类信号。