Linux 下一个程序从执行到退出经历了什么？

程序在linux下执行到退出本质是内核接管其生命周期的过程：经execve()加载ELF、状态切换（R/S/D/Z）、exit()或_exit()清理、内核最终回收PID与资源。

一个程序在 Linux 下从执行到退出，本质是内核接管用户态进程生命周期的过程。它不是“直接运行代码”，而是经过一系列受控的内核介入步骤——跳过任意一环，程序根本启动不了。

execve() 系统调用才是真正起点

你以为 ./a.out 是程序自己开始跑？其实是 shell 调用了 execve()，把控制权彻底交给内核。这个调用会：

• 清空当前进程的用户空间内存（栈、堆、代码段、数据段）
• 按 ELF 文件头和 program header 加载新程序的代码段（.text）、初始化数据段（.data）、未初始化数据段（.bss）
• 设置新的栈帧，把 argc、argv、envp 压入栈顶
• 跳转到入口点（通常是 _start，不是 main）

没成功返回 execve() 就意味着程序压根没“出生”——常见错误如 Permission denied（缺少执行权限或 noexec 挂载）、No such file or Directory（动态链接器路径不对，哪怕文件存在也会报这个）。

内核如何管理进程状态切换

从 execve() 返回后，进程就进入 R（Running/Runnable）状态，但实际执行还取决于调度器。整个生命周期中，它会在以下状态间切换：

• R：正在 CPU 上运行，或排在运行队列里等调度
• S：可中断睡眠（比如等 read() 从磁盘读完）
• D：不可中断睡眠（通常卡在底层驱动，如坏磁盘 IO，kill -9 也杀不掉）
• Z：僵尸态——子进程已退出，但父进程还没调用 waitpid() 回收其退出码和资源

注意：ps 看到的 T（stopped）不是退出，而是被信号暂停（如 Ctrl+Z 或 kill -STOP），仍占 PID 和内存资源。

exit() 和 _exit() 的区别决定资源清理方式

程序退出时，C 库封装了 exit()，但它和系统调用 _exit() 行为不同：

• exit()：先刷新所有 stdio 缓冲区（fflush(NULL)），调用 atexit() 注册的函数，最后才调用 _exit()
• _exit()：直接触发 sys_exit 系统调用，不刷缓存、不执行清理函数

在 fork 后的子进程中，如果用 exit() 可能导致父进程 stdio 缓冲区被重复写入（因为 fork 复制了缓冲区内容）；这时应无条件用 _exit()。glibc 的 main() 返回其实隐式调用了 exit()，不是 _exit()。

内核回收进程的最后一步：释放 PID 和资源

当进程调用 _exit() 或收到终止信号（如 SIGKILL），内核会：

• 释放虚拟内存区域（VMA）、页表、打开的文件描述符（close_on_exec 位生效）、信号处理上下文
• 向父进程发送 SIGCHLD，并把退出状态存进进程描述符（task_struct）
• 若父进程已退出，init 进程（PID 1）自动成为其父进程，并最终调用 waitid() 回收，避免僵尸累积

真正难排查的是：父进程忘了 wait()，又没设 SIGCHLD handler，或者 handler 里没调用 waitpid(-1, &status, WNOHANG) ——这时 ps aux | grep ' Z ' 就能看到一堆 Z 状态进程，它们不占内存，但 PID 被永久占用，直到父进程退出。