主要了解进程和线程在linux中是如何进行描述和管理的。

进程/线程

进程是处于执行期的程序。但进程不仅仅是一段可执行的程序代码。通常还要包含其它资源，像打开的文件，挂起的信号，映射的内存地址空间，处理器状态等。进程就是处于执行时期的程序以及相关资源的总称，也就是资源分配的基本单位。

线程是进程中活动的对象。每个线程都拥有一个独立的程序计数器、进程栈和一组进程寄存器。内核调度的对象是线程，而不是进程。在linux里没有特别区分线程和进程。对于linux而言，线程不过是一种特殊的进程（和其它进程共享某些资源的进程）。

进程控制块(PCB， process control block)

操作系统管理控制进程运行所用的信息集合。操作系统用PCB来描述进程的基本情况以及运行变化的过程。每个进程都在操作系统中有一个对应的PCB。进程的组织和管理都是通过对PCB的组织管理实现的。

在linux是用task_struct这个结构来描述PCB的。在linux系统中是通过预先分配和重复使用task_struct，这样可以避免动态分配和释放所带来的资源消耗，让进程创建的更迅速。因为task_struct还是比较大的，32位机器上，大约有1.7KB。

PCB包含什么信息，如何组织？

PCB包含的数据能完整地描述一个正在执行的程序：它的标识信息、进程的地址空间、挂起的信号、打开的文件、进程的状态以及其它更多的信息(/proc/$pid)。

PCB的组织会用到很多数据结构，因为应用场景不同，所以需要使用不同的数据结构。调度算法中会将PCB挂在链表上，不同状态的进程形成不同的链表（就绪链表、阻塞链表）；父子进程的关系用树来描述（可用pstree查看），CFS调度算法会用到红黑树；通过pid查找进程则是用hash表的结构。

进程个数是否有上限？

内核通过一个唯一的进程标识值（PID）来标识每个进程。为了与老版本的UNIx和linux兼容，PID的最大值默认设置为32768（short int最大值）。若不考虑老式系统兼容，可以修改 /proc/sys/kernel/pid_max 来提高上限。linux系统里面，每个用户的pid也是有限的，可以通过 ulimit -a 查看。

进程状态

操作系统包括实时系统对应进程一般都有 3 个状态，进程在有 CPU 时对应运行态，无 CPU 时对应就绪态和睡眠态。就绪态指所有资源都准备好，只要有 CPU 就可以运行了。睡眠指有资源还未准备好，比如读串口数据时，数 据还未发送。此时有 CPU 也无法运行，需要等资源准备好后变成就绪态，然后得到 CPU 后才能变成运行态，其转换关系下图所示。

linux状态进程转换图：

TASK_RUNNING（运行）：正在运行或者在就绪队列中等待的进程。

TASK_INTERRUPTIBLE（可中断）：可中断阻塞状态，除等待资源到位外还可以被其它进行的信号唤醒。

TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）：不可中断阻塞状态，只能被等待资源到位唤醒。

TASK_STOPPED（停止）：暂停状态，这种状态发生在收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU等信号的时候。此外，在调试期间接收到任何信号，都会使进程进入这种状态。

TASK_ZOMBIE（僵尸）：僵尸状态，表示进程结束但未消亡的一种状态。该状态下除了PCB资源未释放，不占用其它资源（一般是子进程退出，父进程执行waitpid获取子进程死亡原因之前的子进程状态）。

以上几种状态，通常对应的PS命令下的stat是：TASK_RUNNING(R)、TASK_INTER(S)、TASK_UNINTER(D)、TASK_ZOMBIE(Z)、TASK_STOP(T)。

暂停状态是进程在运行过程中，通过外部强制让进程进入的状态。通过这种方法可以指定进程的 CPU 占用率。使用ctrl+z(暂停)， fg/bg（前/后台继续），cpulimit（控制cpu占用率）等命令控制。

就绪和执行在linux中都是用TASK_RUNNING 标记，进程的调度算法只关注就绪和执行这两个状态的切换。

深度睡眠和浅度睡眠区别，深度睡眠只有资源到位才醒，收到信号也不醒，浅度睡眠资源到位或收到信号都会醒。

睡眠和暂停区别，睡眠是代码中未得到资源主动进入的状态，暂停是程序外部强制进程进入的状态。