面试题：进程管理之中等难度：进程状态转换及场景

Question

请描述进程的三种基本状态（就绪态、运行态、阻塞态），并举例说明在哪些典型场景下进程会发生状态转换，比如从运行态到阻塞态。

Answer 1

进程的三种基本状态

1. 就绪态（Ready）： 进程已获得除 CPU 之外的所有必要资源，一旦得到 CPU 时间，就可以立即执行。好比运动员在起跑线上做好准备，只等发令枪响（获得 CPU 资源）就可以起跑（执行）。
2. 运行态（Running）： 进程正在 CPU 上运行，执行其程序代码。这就像运动员已经起跑，正在赛道上奔跑。
3. 阻塞态（Blocked）： 进程因等待某种事件（如 I/O 操作完成、信号量等）而暂时无法执行，此时即使分配给它 CPU 时间，它也无法运行。例如运动员在比赛中遇到赛道上有障碍物，需要等待障碍物清除才能继续比赛。

状态转换场景

1. 从运行态到阻塞态：
   • I/O 操作场景：当进程执行如读取文件、网络请求等 I/O 操作时，由于 I/O 设备速度相对较慢，进程需要等待 I/O 操作完成。例如，一个进程要从硬盘读取大量数据，在等待硬盘传输数据的过程中，进程会从运行态转换为阻塞态。
   • 等待信号量场景：如果进程需要获取某个信号量（一种用于进程同步的机制），而该信号量当前不可用（已被其他进程占用），进程就会进入阻塞态等待信号量被释放。
2. 从阻塞态到就绪态：
   • I/O 操作完成：当之前等待的 I/O 操作（如文件读取、网络请求）完成后，进程所等待的事件已经发生，它就不再被阻塞，从而转换为就绪态，等待 CPU 调度执行。例如，硬盘数据读取完成，进程就从阻塞态变为就绪态，等待 CPU 分配时间继续执行后续代码。
   • 信号量可用：当进程等待的信号量被其他进程释放，该进程就可以获取信号量，从阻塞态转换为就绪态。
3. 从就绪态到运行态：
   • CPU 调度：当 CPU 空闲且调度程序从就绪队列中选择一个进程时，该就绪态的进程就会获得 CPU 资源，从而转换为运行态开始执行。例如，系统中有多个进程处于就绪态，调度程序按照一定的调度算法（如先来先服务、优先级调度等）选择一个进程，该进程就进入运行态。
4. 从运行态到就绪态：
   • 时间片用完：在分时操作系统中，每个进程被分配一个时间片来执行。当进程的时间片用完后，即使它还没有执行完，也会被剥夺 CPU 资源，从运行态转换为就绪态，等待下一次调度。例如，一个进程正在运行，时间片结束后，它就回到就绪队列等待再次被调度执行。
   • 更高优先级进程到来：如果系统采用优先级调度算法，当有更高优先级的进程进入就绪队列时，当前运行的进程可能会被抢占 CPU，从运行态转换为就绪态，让高优先级进程先运行。