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C语言中有哪些进程的状态模型

本篇文章给大家分享的是有关C语言中有哪些进程的状态模型，小编觉得挺实用的，因此分享给大家学习，希望大家阅读完这篇文章后可以有所收获，话不多说，跟着小编一起来看看吧。

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什么是状态机?

定义

状态机是有限状态自动机的简称，是现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

先来解释什么是“状态”( State )。现实事物是有不同状态的，例如一个LED等，就有 亮 和  灭两种状态。我们通常所说的状态机是有限状态机，也就是被描述的事物的状态的数量是有限个，例如LED灯的状态就是两个 亮和 灭。

状态机，也就是 State Machine ，不是指一台实际机器，而是指一个数学模型。说白了，一般就是指一张状态转换图。

举例

以物理课学的灯泡图为例，就是一个最基本的小型状态机

C语言中有哪些进程的状态模型

可以画出以下的状态机图

C语言中有哪些进程的状态模型

这里就是两个状态：①灯泡亮，②灯泡灭 如果打开开关，那么状态就会切换为 灯泡亮 。灯泡亮  状态下如果关闭开关，状态就会切换为 灯泡灭。

状态机的全称是有限状态自动机，自动两个字也是包含重要含义的。给定一个状态机，同时给定它的当前状态以及输入，那么输出状态时可以明确的运算出来的。例如对于灯泡，给定初始状态灯泡灭  ，给定输入“打开开关”，那么下一个状态时可以运算出来的。

四大概念

下面来给出状态机的四大概念。

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  2. State ，状态。一个状态机至少要包含两个状态。例如上面灯泡的例子，有 灯泡亮和 灯泡灭两个状态。

  3. Event ，事件。事件就是执行某个操作的触发条件或者口令。对于灯泡，“打开开关”就是一个事件。

  4. Action ，动作。事件发生以后要执行动作。例如事件是“打开开关”，动作是“开灯”。编程的时候，一个 Action 一般就对应一个函数。

  5. Transition ，变换。也就是从一个状态变化为另一个状态。例如“开灯过程”就是一个变换。

状态机的应用

状态机是一个对真实世界的抽象，而且是逻辑严谨的数学抽象，所以明显非常适合用在数字领域。可以应用到各个层面上，例如硬件设计，编译器设计，以及编程实现各种具体业务逻辑的时候。

进程5状态模型

进程管理是Linux五大子系统之一，非常重要，实际实现起来非常复杂，我们来看下进程是如何切换状态的。

下图是进程的5状态模型：

C语言中有哪些进程的状态模型


关于该图简单介绍如下：

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  2. 可运行态：当进程正在被CPU执行，或已经准备就绪随时可由调度程序执行，则称该进程为处于运行状态(running)。进程可以在内核态运行，也可以在用户态运行。当系统资源已经可用时，进程就被唤醒而进入准备运行状态，该状态称为就绪态。

  3. 浅度睡眠态(可中断)：进程正在睡眠(被阻塞)，等待资源到来是唤醒，也可以通过其他进程信号或时钟中断唤醒，进入运行队列。

  4. 深度睡眠态(不可中断)：其和浅度睡眠基本类似，但有一点就是不可由其他进程信号或时钟中断唤醒。只有被使用wake_up()函数明确唤醒时才能转换到可运行的就绪状态。

  5. 暂停状态：当进程收到信号SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或SIGTTOU时就会进入暂停状态。可向其发送SIGCONT信号让进程转换到可运行状态。

  6. 僵死状态：当进程已停止运行，但其父进程还没有询问其状态时，未释放PCB，则称该进程处于僵死状态。

进程的状态就是按照这个状态图进行切换的。

该状态流程有点复杂，因为我们目标只是实现一个简单的状态机，所以我们简化一下该状态机如下：

C语言中有哪些进程的状态模型

要想实现状态机，首先将该状态机转换成下面的状态迁移表。

C语言中有哪些进程的状态模型

简要说明如下：假设当前进程处于running状态下，那么只有schedule事件发生之后，该进程才会产生状态的迁移，迁移到owencpu状态下，如果在此状态下发生了其他的事件，比如wake、wait_event都不会导致状态的迁移。

如上图所示：

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  2. 每一列表示一个状态，每一行对应一个事件。

  3. 该表是实现状态机的最核心的一个图，请读者详细对比该表和状态迁移图的的关系。

  4. 实际场景中，进程的切换会远比这个图复杂，好在众多大神都帮我们解决了这些复杂的问题，我们只需要站在巨人的肩膀上就可以了。

实现

根据状态迁移表，定义该状态机的状态如下：

typedef enum {   sta_origin=0,   sta_running,   sta_owencpu,   sta_sleep_int,   sta_sleep_unint }State;

发生的事件如下：

typedef enum{   evt_fork=0,   evt_sched,   evt_wait,   evt_wait_unint,   evt_wake_up,   evt_wake,  }EventID;

不论是状态还是事件都可以根据实际情况增加调整。

定义一个结构体用来表示当前状态转换信息：

typedef struct {   State curState;//当前状态   EventID eventId;//事件ID   State nextState;//下个状态   CallBack action;//回调函数，事件发生后，调用对应的回调函数 }StateTransform ;

事件回调函数：实际应用中不同的事件发生需要执行不同的action，就需要定义不同的函数，  为方便起见，本例所有的事件都统一使用同一个回调函数。功能：打印事件发生后进程的前后状态，如果状态发生了变化，就调用对应的回调函数。

void action_callback(void *arg) {  StateTransform *statTran = (StateTransform *)arg;    if(statename[statTran->curState] == statename[statTran->nextState])  {   printf("invalid event,state not change\n");  }else{   printf("call back state from %s --> %s\n",    statename[statTran->curState],    statename[statTran->nextState]);  } }

为各个状态定义迁移表数组：

/*origin*/ StateTransform stateTran_0[]={  {sta_origin,evt_fork,        sta_running,action_callback},  {sta_origin,evt_sched,       sta_origin,NULL},  {sta_origin,evt_wait,        sta_origin,NULL},  {sta_origin,evt_wait_unint,  sta_origin,NULL},  {sta_origin,evt_wake_up,     sta_origin,NULL},  {sta_origin,evt_wake,        sta_origin,NULL}, };   /*running*/ StateTransform stateTran_1[]={  {sta_running,evt_fork,        sta_running,NULL},  {sta_running,evt_sched,       sta_owencpu,action_callback},  {sta_running,evt_wait,        sta_running,NULL},  {sta_running,evt_wait_unint,  sta_running,NULL},  {sta_running,evt_wake_up,     sta_running,NULL},  {sta_running,evt_wake,        sta_running,NULL}, };  /*owencpu*/ StateTransform stateTran_2[]={  {sta_owencpu,evt_fork,        sta_owencpu,NULL},  {sta_owencpu,evt_sched,       sta_owencpu,NULL},  {sta_owencpu,evt_wait,        sta_sleep_int,action_callback},  {sta_owencpu,evt_wait_unint,  sta_sleep_unint,action_callback},  {sta_owencpu,evt_wake_up,     sta_owencpu,NULL},  {sta_owencpu,evt_wake,        sta_owencpu,NULL}, };   /*sleep_int*/ StateTransform stateTran_3[]={  {sta_sleep_int,evt_fork,        sta_sleep_int,NULL},  {sta_sleep_int,evt_sched,       sta_sleep_int,NULL},  {sta_sleep_int,evt_wait,        sta_sleep_int,NULL},  {sta_sleep_int,evt_wait_unint,  sta_sleep_int,NULL},  {sta_sleep_int,evt_wake_up,     sta_sleep_int,NULL},  {sta_sleep_int,evt_wake,        sta_running,action_callback}, };  /*sleep_unint*/ StateTransform stateTran_4[]={  {sta_sleep_unint,evt_fork,        sta_sleep_unint,NULL},  {sta_sleep_unint,evt_sched,       sta_sleep_unint,NULL},  {sta_sleep_unint,evt_wait,        sta_sleep_unint,NULL},  {sta_sleep_unint,evt_wait_unint,  sta_sleep_unint,NULL},  {sta_sleep_unint,evt_wake_up,     sta_running,action_callback},  {sta_sleep_unint,evt_wake,        sta_sleep_unint,NULL}, };

实现event发生函数：

void event_happen(unsigned int event) 功能：  根据发生的event以及当前的进程state，找到对应的StateTransform 结构体，并调用do_action()
void do_action(StateTransform *statTran) 功能：  根据结构体变量StateTransform，实现状态迁移，并调用对应的回调函数。
#define STATETRANS(n)  (stateTran_##n) /*change state & call callback()*/ void do_action(StateTransform *statTran) {  if(NULL == statTran)  {   perror("statTran is NULL\n");   return;  }  //状态迁移  globalState = statTran->nextState;  if(statTran->action != NULL)  {//调用回调函数   statTran->action((void*)statTran);  }else{   printf("invalid event,state not change\n");  } } void event_happen(unsigned int event) {  switch(globalState)  {   case sta_origin:    do_action(&STATETRANS(0)[event]);    break;   case sta_running:    do_action(&STATETRANS(1)[event]);    break;   case sta_owencpu:    do_action(&STATETRANS(2)[event]);     break;   case sta_sleep_int:    do_action(&STATETRANS(3)[event]);     break;   case sta_sleep_unint:    do_action(&STATETRANS(4)[event]);     break;   default:    printf("state is invalid\n");    break;  } }

测试程序：功能：

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  2. 初始化状态机的初始状态为sta_origin;

  3. 创建子线程，每隔一秒钟显示当前进程状态;

  4. 事件发生顺序为：evt_fork-->evt_sched-->evt_sched-->evt_wait-->evt_wake。

读者可以跟自己的需要，修改事件发生顺序，观察状态的变化。

main.c

/*显示当前状态*/ void *show_stat(void *arg) {  int len;  char buf[64]={0};    while(1)  {   sleep(1);   printf("cur stat:%s\n",statename[globalState]);  }  } void main(void) {  init_machine();  //创建子线程，子线程主要用于显示当前状态  pthread_create(&pid, NULL,show_stat, NULL);   sleep(5);  event_happen(evt_fork);   sleep(5);  event_happen(evt_sched);  sleep(5);  event_happen(evt_sched);  sleep(5);  event_happen(evt_wait);  sleep(5);  event_happen(evt_wake);   }

运行结果：

C语言中有哪些进程的状态模型

由结果可知：

evt_fork-->evt_sched-->evt_sched-->evt_wait-->evt_wake

该事件发生序列对应的状态迁移顺序为：

origen-->running-->owencpu-->owencpu-->sleep_int-->running

以上就是C语言中有哪些进程的状态模型，小编相信有部分知识点可能是我们日常工作会见到或用到的。希望你能通过这篇文章学到更多知识。更多详情敬请关注创新互联行业资讯频道。


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