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  • 《Linux内核设计与实现》学习总结 Chap3

    第三章 进程管理

    进程是Unix操作系统抽象概念中最基本的一种。我们拥有操作系统就是为了运行用户程序,因此,进程管理就是所有操作系统的心脏所在。

    3.1进程

    概念:

    进程:处于执行期的程序。但不仅局限于程序,还包含其他资源(打开的文件,挂起的信号,内核内部数据,处理器状态,一个或多个具有内催音社的内存地址空间及一个或多个执行线程,存放全局变量的数据段等)内核需要有效又透明地管理所有细节。

    线程:执行线程的简称,是在进程中活动的对象。每个线程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。

             进程提供两种虚拟机制:虚拟处理器和虚拟内存。

    线程之间可以共享虚拟内存,但每个都拥有各自的虚拟存储器。

    进程创建:调用fork(),该系统调用通过复制当前进程创建新进程。使用fork()的是父进程。在调用结束时,在返回点这个相同位置,父进程恢复,子进程开始执行。

    进程也叫任务。

     

    3.2进程描述符及任务结构

    内核把进程的列表存放在叫做任务队列的双向循环链表中。链表中的每一项都是task_struct类型,称为进程描述符的结构。

    该结构内包含了内核管理一个进程所需的所有信息。

    分配进程描述符:通过slab分配器分配,为了对象复用和缓存着色。

    进程描述符的存放:进程通过一个唯一的进程标识值(process identification value)标识每个进程。PID最大默认32768,,就是系统中允许同时存在的进程最大数目。

    进程状态:进程描述符中的state域描述了进程的当前状态,有五种状态:运行、可中断、不可中断、被跟踪、停止。

    设置当前进程状态:调整状态使用set_task_state(task,state)函数。

    进程家族树:系统进程有明显的继承关系。所有进程都是init的后代。每个进程都有父进程,相同父进程的成为兄弟。

     

    3.3进程创建

    Fork()和exec()

    Fork()通过拷贝当前进程创建一个子进程。Exec()函数负责都去可执行文件,并将其载入地址空间开始运行。

    写时拷贝:fork()复制所有资源是效率低下的,因此采用写时拷贝,推迟甚至免除拷贝数据。只有需要写入的时候,数据才被复制。

    Fork():通过clone()系统调用实现fork()。do_fork()调用copy_proceess()函数

    l  调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈、thread_info结构和task_stuct结构。这些与当前进程相同,PID也相同。

    l  检查创建子进程后,用户多有进程书目没有超出它分配的资源的限制。

    l  进程描述符的许多成员都要清零或设为默认,以和父进程区分开。

    l  子进程状态被设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE,确保不会被投入运行。

    l  调用alloc_pid()为新进程分配一个有效ID

    l  Copy_process()做扫尾工作,返回一个指向子进程的指针。

    Vfork():与fork()的区别就是不考贝父进程页表项。现在没啥用了。

    3.4线程在Linux中的实现

    从内核角度说,Linxu没有线程概念。所有线程都被当作进程

    创建进程:和创建普通进程差不多,只是在调用clone()时需要传递一些参数标志。

    内核线程:kernel thread和普通进程的区别在于内核线程没有独立地址空间。只在内核空间运行。

    3.5进程终结

    当一个进程终结,内核必须释放所占有的资源,并告知父进程。

    靠do_exit()实现:

    l  将tast_struct中的标志成员设置为PF_EXITING

    l  调用del_timer_sync()删除任一内核定时器

    l  调用acct_update_integrals()输出记账信息

    l  调用exit_mm()释放进程占用的mm_struct。

    l  调用sem_exit()若进程排队等候IPC,则离开

    l  调用exit_files()和exit_fs()分别递减文件描述符和文件系统数据的应用计数。

    l  调用exit_notify()向父进程发送信号,给子进程找养父。。。

    l  do_exit调用schedukle(0切换到新进程。

    删除进程描述符:

    若父进程在子进程之前退出。孤儿进程会在退出时处于永远僵死状态。

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