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  • 《Linux内核设计与实现》学习笔记之“Linux进程管理机制”

    一.进程(或者称为“任务”)简介

    进程是OS最基本的抽象之一,通常进程包括“可执行程序代码”,“其他资源”(如:打开的文件,挂起的信号,内核内部数据,处理器状态,地址空间,一个或多个执行线程等)


    .执行线程简介

    执行线程(或称线程)是进程中活动的对象,内核调度的对象是线程,而不是进程,每个线程中都有一个独立的程序计数器,进程栈进程寄存器


    .进程虚拟机制简介

    进程提供了两种虚拟机制(后面的章节,我们还会学习哈~):

    1.虚拟处理器:给进程一种假象,让这些进程觉得自己独享处理器(这个需要控制好时间片哈~不能太长也不能太短)

    2.虚拟内存: 让进程再获取和使用内存时觉得自己拥有整个系统的所有内存资源


    (注:线程之间可以共享虚拟内存,但拥有各自的虚拟处理器)


    .进程在Linux内核中表示的数据结构task_struct

    1.内核把进程存放在“任务队列”(一个双向循环链表的结构)中,链表中每一项都是类型为“task_struct(进程描述符)”的结构(<linux/sched.h>中

    2.进程的task_struct是通过slab分配器分配生成的

    3.内核通过一个唯一的进程标或者PID来标识每个进程。PID是一个数,int类型(最大默认为32768 [short int最大值]


    struct task_struct {

             unsigned long state;(判断进程状态的参数

             ....

             struct task_struct * parent; (指向父进程,涉及资源共享等问题)

             struct list_head tasks;  (任务链表)

             pid_t pid; (进程标)

             ....

             ....

    }


    .进程七大状态

    Linux中的进程有7种状态,进程的task_struct结构的state字段指明了该进程的状态。

    可运行状态(TASK_RUNNING): 1.正在执行   2.在运行队列中等待执行

    可中断的等待(TASK_INTERRUPTIBLE)[进程睡眠中]: 1.等待某些条件的达成,条件达成,内核会把进程状态设置为运行状态(Running),处于此状态的进程也会因为接收到信号而提前被唤醒并投入运行

    不可中断的等待(TASK_UNINTERRUPTIBLE):除了不会因为接到信号而被唤醒从而投入运行外,其他的和(中断的等待状态一样

    暂停状态(TASK_STOPPED)[停止]:  1.进程没有投入运行也不能投入运行

    跟踪状态(TASK_TRACED):进程被调试器暂停或监视。

    僵死状态(EXIT_ZOMBIE):进程被终止,但父进程未调用wait类系统调用。

    僵死撤销状态(TASK_DEAD):父进程发起wait类系统调用,进程由系统删除。


    .进程上下文和进程家族树

    进程上下文:

    当一个程序执行了系统调用或者触发了某个异常,它就陷入了内核空间(内核态),称内核“代表进程执行”并处于进程上下文中

    系统调用和异常处理程序是对内核明确定义的接口,进程只有通过这些接口才能进入内核执行,对内核的所有访问都必须调用这些接口


    进程家族树:

    所有的进程都是PID为1的Init进程的后代,内核在系统启动的最后阶段启动init进程,该进程读取“初始化脚本”并执行其他相关程序,最终完成系统启动的整个过程

    每个进程描述符(task_struct)中都包含一个指向其父进程的指针(parent),一个包含所有子进程的链表(children)


    关于init进程:

    init是Linux系统操作中不可缺少的程序之一。
    所谓的 init进程,它是一个由 内核启动的用户级进程。
    内核自行启动(已经被载入内存,开始运行,并已初始化所有的设备驱动程序和 数据结构等)之后,就通过启动一个用户级程序init的方式,完成引导进程。所以init始终是第一个进程(其进程编号始终为1)。
    内核会在过去曾使用过init的几个地方查找它,它的正确位置(对Linux系统来说)是/sbin/init。如果 内核找不到init,它就会试着运行/bin/sh,如果运行失败,系统的启动也会失败。


    .进程状态转换图(引用网上图片)


     

    .进程的创建

    创建进程的方法:

    1.其他操作系统: 首先在新的地址空间里创建进程,读入可执行文件,最后开始执行

    2.Unix/Linux: 用两个函数 fork() 和 exec() 来执行,完成进程创建工作


    fork():该调用通过复制一个现有进程来创建一个全新的进程(父进程和子进程的区别仅仅在于PID不同,其他资源的话,父进程和子进程一样)

    调用fork()进程的成为父进程,新产生的进程成为子进程,在调用结束后,在返回调用位置,父进程恢复执行,子进程开始执行,fork()系统调用从内核返回两次次返回父进程,一次返回子进程


    exec(): 负责读取可执行文件并将其载入地址空间开始运行

    (exec()这个家族包括: execve(), execlp(), execle(), execv(), execvp() 等系统调用)


    fork()详解:http://www.cnblogs.com/bastard/archive/2012/08/31/2664896.html


     

    .进程的终结

    当一个进程终结时,内核必须释放它所有的资源并告知其父进程

    进程的析构发生在它调用exit()后(既可以调用,也可以隐式调用[主函数返回时调用]或者遇到异常,也会被动终结

    do_exit()(定义于kernel/exit.c中):http://hi.baidu.com/zengzhaonong/item/24cc74c0e74a8b2d46d5c023


     

    .进程描述符的删除

    调用do_exit()之后,进程已经处于僵死状态,但仍保留了它的进程描述符(能让父进程得到它的状态信息

    。。。。

    。。。。

    。。。有点事,回来再继续写~~~


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