内容摘要：前言状态机在实际工作开发中应用非常广泛，在刚进入公司的时候，根据公司产品做流程图的时候，发现自己经常会漏了这样或那样的状态，导致整体流程会有问题，后来知道了状态机这样的东西，发现用这幅图就可以很清晰的

 前言

状态机在实际工作开发中应用非常广泛，什状实现在刚进入公司的态机时候，根据公司产品做流程图的用C语时候，发现自己经常会漏了这样或那样的进程状态，导致整体流程会有问题，状态后来知道了状态机这样的模型东西，发现用这幅图就可以很清晰的什状实现表达整个状态的流转。

一口君曾经做过很多网络协议模块，态机很多协议的用C语开发都必须用到状态机;一个健壮的状态机可以让你的程序，不论发生何种突发事件都不会突然进入一个不可预知的进程程序分支。

本篇通过C语言实现一个简单的状态进程5状态模型的状态机，让大家熟悉一下状态机的模型魅力。

什么是什状实现状态机?

定义

状态机是有限状态自动机的简称，是态机现实事物运行规则抽象而成的一个数学模型。

先来解释什么是用C语“状态”( State )。源码库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

可以画出以下的状态机图

这里就是亿华云计算两个状态：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。

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。 Event ，事件。事件就是香港云服务器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。 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。 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：

关于该图简单介绍如下：

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。 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。 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。 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。 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：

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。

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：

每一列表示一个状态，每一行对应一个事件。 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。 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：

初始化状态机的初始状态为sta_origin; 创建子线程，每隔一秒钟显示当前进程状态; 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：

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 

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