在Linux中，当一个进程需要从磁盘读取块时，它的状态会发生什么变化？它会被阻塞吗？如果被阻塞，另一个进程是如何被选择执行的？
8个回答
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当一个进程需要从磁盘中获取数据时，它会有效地停止在CPU上运行，以便让其他进程运行，因为这个操作可能需要很长时间才能完成 - 至少5毫秒的寻道时间对于磁盘来说是常见的，而5毫秒相当于1000万个CPU周期，从程序的角度看，这是永恒的！
从程序员的角度来看（也称为“用户空间”），这称为阻塞系统调用。 如果您调用write（2）（它是系统调用名称的薄libc封装程序），则您的进程不会在该边界处完全停止； 它将继续在内核中运行系统调用代码。 大多数情况下，它一直走到特定的磁盘控制器驱动程序（文件名→文件系统/VFS→块设备→设备驱动程序），在那里会向适当的硬件提交获取磁盘块的命令，这通常是非常快的操作。
然后，进程被置于睡眠状态（在内核空间中，阻塞被称为睡眠-从内核的角度来看，没有任何东西是“被阻塞”的）。 一旦硬件最终获取了正确的数据，进程将被唤醒，然后进程将被标记为可运行状态并且将被调度。 最终，调度程序将运行该进程。
最后，在用户空间，阻塞系统调用会以适当的状态和数据返回，并且程序流程会继续进行。
大多数I/O系统调用可以在非阻塞模式下调用（请参见open（2）中的O_NONBLOCK和fcntl（2））。 在这种情况下，系统调用会立即返回，并仅报告提交磁盘操作。 程序员必须在稍后的时间内显式检查操作是否已成功完成，并获取其结果（例如，使用select（2））。 这称为异步或基于事件的编程。
大部分提到D状态的回答（在Linux状态名称中被称为TASK_UNINTERRUPTIBLE）都是错误的。 D 状态是一种特殊的休眠模式，只有在内核空间代码路径中触发时才会出现，当该代码路径无法中断（因为编程过于复杂）时，并期望它只会阻塞很短的时间。我相信大多数“D状态”实际上是看不见的，它们存在时间非常短暂，不能被像“top”这样的采样工具观察到。
你可能会在一些情况下遇到无法被终止的处于D状态的进程。NFS以这种方式闻名，我遇到过许多次。我认为在一些VFS代码路径之间存在语义冲突，它们假设总是能够访问本地磁盘并快速检测错误（在SATA上，错误超时大约是几百毫秒），而NFS实际上从网络获取数据，网络更具有弹性并具有较慢的恢复速度（300秒的TCP超时是常见的）。请参阅此文章，了解在Linux 2.6.25中引入的TASK_KILLABLE状态的解决方案。在此之前，有一个技巧，可以通过向内核线程rpciod发送SIGKILL信号来实际发送信号给NFS进程客户端，但请忘记那个丑陋的技巧……
- zerodeux
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在等待从文件描述符读取（read()）或向其写入（write()）时，该进程将处于一种特殊的休眠状态，称为“D”或“磁盘休眠”。这是特殊的，因为在此状态下无法杀死或中断该进程。等待ioctl()返回的进程也将以这种方式被置于休眠状态。
唯一的例外是当以O_NONBLOCK模式打开文件（例如终端或其他字符设备），假定设备（如调制解调器）需要时间来初始化时。但是，您在问题中提到的是块设备。此外，我从未尝试过在非阻塞模式下打开的fd上可能会阻塞的ioctl()（至少不是有意识的）。
另一个进程如何选择完全取决于您使用的调度程序，以及其他进程可能已经执行的操作以修改其在该调度程序中的权重。
某些用户空间程序在某些情况下已知会永远处于此状态，直到重新启动。这些通常与其他“僵尸”一起分组，但该术语并不正确，因为它们在技术上并不失效。
- Tim Post
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1一个等待ioctl()返回的进程也会以这种方式被挂起。我刚刚杀死了我的用户空间进程，因为它在等待阻塞IOCTL，所以这不是真的。除非我误解了什么。 - Hamzahfrq
这样的测试将会非常困难。无法中断的进程无法被终止；如果您能够杀死它，那么它只是阻塞了（内核不在任何ioctl的任何部分中，并将任何相应的响应复制到您传递的位置的用户空间（或者至少没有在复制的过程中））。自2009年撰写此文以来，Linux也发生了很多变化；这种现象已经不像过去那样明显了。 - Tim Post
这是否意味着异步IO不会导致D状态？ - Ted
@Ted Async io 的意思是，如果系统调用在 I/O 上挂起，进程不会完全阻塞，而是会继续轮询描述符以获取更新。 - Tim Post
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执行I/O操作的进程将被置于D状态（不可中断睡眠），这会释放CPU，直到有硬件中断通知CPU返回执行程序。请参阅
根据您的内核版本，有一个进程调度器，它跟踪准备执行的进程运行队列。通过使用调度算法，它告诉内核将哪个进程分配给哪个CPU。需要考虑内核进程和用户进程。每个进程分配一个时间片，即允许使用的CPU时间块。一旦进程使用完其所有时间片，它将被标记为过期，并在调度算法中降低优先级。
在2.6内核中，有一个O（1）时间复杂度调度器，因此无论您运行多少个进程，它都会以恒定时间分配CPU。然而，由于2.6引入了抢占和CPU负载平衡不是易于实现的算法，所以它更加复杂。无论如何，它很高效，CPU不会闲置，而您等待I/O操作。
man ps了解其他进程状态。根据您的内核版本，有一个进程调度器，它跟踪准备执行的进程运行队列。通过使用调度算法，它告诉内核将哪个进程分配给哪个CPU。需要考虑内核进程和用户进程。每个进程分配一个时间片，即允许使用的CPU时间块。一旦进程使用完其所有时间片，它将被标记为过期，并在调度算法中降低优先级。
在2.6内核中，有一个O（1）时间复杂度调度器，因此无论您运行多少个进程，它都会以恒定时间分配CPU。然而，由于2.6引入了抢占和CPU负载平衡不是易于实现的算法，所以它更加复杂。无论如何，它很高效，CPU不会闲置，而您等待I/O操作。
- user224579
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如其他人所解释的那样，“D”状态（不可中断的睡眠）的进程是导致ps进程挂起的原因。我在RedHat 6.x上遇到过许多次，其中包括自动挂载的NFS家目录。
您可以使用以下命令列出处于D状态的进程：
我发现使用带有 -f（强制）开关的 umount 命令，针对相关的挂载 nfs 文件系统，可以唤醒休眠中的进程：
文件系统由于被占用而未能卸载，但相关进程已经被唤醒，我成功解决了问题而不需要重新启动系统。
您可以使用以下命令列出处于D状态的进程：
cd /proc
for i in [0-9]*;do echo -n "$i :";cat $i/status |grep ^State;done|grep D
要查看进程的当前目录，或者可能存在问题的已挂载NFS磁盘，您可以使用类似以下示例的命令（将31134替换为休眠进程号）：
# ls -l /proc/31134/cwd
lrwxrwxrwx 1 pippo users 0 Aug 2 16:25 /proc/31134/cwd -> /auto/pippo
我发现使用带有 -f（强制）开关的 umount 命令，针对相关的挂载 nfs 文件系统，可以唤醒休眠中的进程：
umount -f /auto/pippo
文件系统由于被占用而未能卸载，但相关进程已经被唤醒，我成功解决了问题而不需要重新启动系统。
- Valerio Di Giampietro
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是的，在read()系统调用中，任务会被阻塞。另一个准备好的任务会运行，或者如果没有其他准备好的任务，则会运行空闲任务（对于该CPU）。
正常的阻塞磁盘读取会导致任务进入“D”状态（如其他人所述）。即使它们不消耗CPU，这些任务也会对负载平均值产生影响。
一些其他类型的IO，特别是tty和网络，不会完全相同 - 进程最终进入“S”状态，可以被中断，并且不计入负载平均值。
- MarkR
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假设您的进程是单线程的，并且您正在使用阻塞式 I/O，则您的进程将会被阻塞等待 I/O 完成。内核将根据 niceness、优先级、上次运行时间等在此期间选择另一个进程来运行。如果没有其他可运行的进程，内核将不会运行任何进程；相反，它将告诉硬件机器处于闲置状态（这将导致功耗降低）。
等待 I/O 完成的进程通常会显示为状态 D，例如 ps 和 top。
- derobert
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我使用了约10％的总内存来启动多个进程。我注意到其中许多进程处于D状态。这是由于特定计算机上IO速度慢造成的吗？比如我有9个进程，它们可能会竞争IO，其中许多进程都处于D状态。 - Kemin Zhou
@KeminZhou 相对于 CPU 速度，I/O 速度相当慢，即使是快速的 I/O。一个 I/O 密集型进程可以轻松地占用磁盘，甚至是固态硬盘。10 个 I/O 密集型进程可能会占用相当多的资源。 - derobert
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通常该过程将会阻塞。如果读操作在标记为非阻塞的文件描述符上进行，或者进程正在使用异步IO，则不会阻塞。此外，如果进程有其他未阻塞的线程，它们可以继续运行。
下一个运行的进程的决定由内核中的调度程序做出。
下一个运行的进程的决定由内核中的调度程序做出。
- Benno
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原文链接
原文链接
/proc/stat中报告为D状态吗？ - wickD状态的案例：慢的FUSE文件系统。 - Jonathon Reinhart