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29 8 月 2026, 周六

在理解平均负载之前,先要理清楚 Linux 下的进程状态。

1.1. 进程状态

1.1.1. 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。

1.1.2. 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。

1.1.3. 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。

dawei

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