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  • 深入理解Linux内核-进程

    1、进程的静态特性

    进程:程序执行时的一个实例

    进程描述符(task_struct): 进程的基本信息(thread_info)、指向内存区描述符的指针(mm_struct)、进程相关的tty(tty_struct)、当前目录(fs_struct)、指向              文件描述符的指针(files_struct)、所接收的信号(signal_struct)

    进程状态:1、可运行状态(TASK_RUNNING):正在运行或者准备执行
         2、可中断的等待状态(TASK_INTERRUPTIBLE):进程挂起,产生硬件中断、接收到信号被唤醒进入TASK_RUNNING状态
         3、不可中断的等待状态(TASK_UNINTERRUPTIBLE):类似上述;不能被中断
         4、暂停状态(TASK_STOPPED):进程的执行被暂停
         5、跟踪状态(TASK_TRACED):
         6、僵死状态(EXIT_ZOMBIE):进程的执行被终止,但是父进程没有发布wait()类系统调用,内核不能丢弃包含在死进程描述符中的数据
         7、僵死撤销状态(EXIT_DEAD):父进程发布wait()类系统调用,进程由系统删除。为了避免其他进程的竞争,将进程由僵死状态改为僵死撤销状态。

    PID:进程描述符processID,32位系统默认上限32767,64位系统默认上限4194303。用位图表决PID的闲置状态

    魔数常量:将2^32做黄金分割,取最接近这个值的一个素数。即0x9e370001(2 654 404 609)= 2^31 + 2^29 - 2^25 + 2^22 - 2^19 - 2^16 +1


    进程资源限制:Linux中,进程对系统资源的占用受到一些限制,避免用户过分使用系统资源;CPU时间、地址空间、文件大小、堆大小、栈大小、进程数等等



    2、内核如何进行进程切换

    硬件上下文:每个进程有自己有地址空间,但是必须共享CPU寄存器;进程恢复前必须装入寄存器的一组数据称为硬件上下文(hardware context)。
         进程切换前,需要先切换硬件上下文;被切换打硬件上下文保存在进程描述符的字段thread_struct的thread字段中。另外通用寄存器的值保留在内核堆栈中。


    进程切换:1、切换页全局目录以安装一个新的地址;2、切换内核堆栈和硬件上下文

    另外还有一些其他的寄存器或者协处理器:FPU(算术浮点单元)、MMX(multi media extension 多媒体扩展指令集)、SSE/SSE2(Streaming SIMD Extensions)等需要考虑切换; SIMD(single - instruction multiple-data 单指令多数据)



    3、进程的创建

    提高创建进程效率的方法:写时复制、轻量级进程(允许父子进程共享在内核的很多数据结构)、vfork()创建的进程能共享父进程的内存地址空间。

    创建进程的三种方法:clone(), fork(), vfork()

    clone(): 创建轻量级进程

    fork(): 由clone() 实现, 传入的参数不同

    vfork(): 由clone() 实现, 传入的参数不同

    进程0: swapper进程、idle进程; 在多处理器系统中,每个CPU都有一个进程0

    进程1: 内核进程, 与进程0共享数据,也叫做init进程,它创建和监控在操作系统外层执行的所有进程活动。




    4、进程的撤销

    exit(): 系统调用,用来终止某一个进程

    exit_group(): 系统调用,终止整个线程组

    僵尸进程:产生掉一个原因是父进程已死,无法调用wait函数结束子进程,释放其进程描述符。这个时候需要强制子进程称为init进程的子进程,由init来通知释放


    5、Linux对多线程程序多支持

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