《Linux内核设计与实现》学习笔记之“Linux进程管理机制”

我会带着你远行 2022-09-17 10:19 216阅读 0赞

**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）**

**二.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**

**三.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)**

**四.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识值或者PID来标识每个进程。PID是一个数，int类型（最大默认为32768 \[short int最大值\]）**

**structtask\_struct \{**

**         unsigned longstate;（判断进程状态的参数）**

**         ....**

**         structtask\_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; (进程标识值)**

**         ....**

**         ....**

**\}**

**五.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，条件一达成，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（可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。

**六.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）,和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][init]，它是一个由 [内核][Link 1]启动的用户级进程。

[内核][Link 1]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][Link 2]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][Link 1]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][Link 1]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。

**七.进程状态转换图（引用网上图片）**

**![点击查看源网页][220501769.jpg]**

**八.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（一次返回父进程，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

**九.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（既可以显式调用，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

**十.进程描述符的删除**

**当调用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）**

**但仍保留它的进程描述符（让父进程能得到它的信息）在父进程获取已终结的子进程信息后，或者通知内核它并不关注**

**那些信息后，子进程的task\_struct结构才被释放。**

**wait()这一族函数都是通过唯一的一个系统调用wait4()实现的，调用时会挂起调用它的进程，直到有一个子进程退出，此时函数**

**会返回该子进程的PID，当最终要释放进程的描述符时，会调用release\_task()**

[init]: http://baike.baidu.com/view/2965338.htm
[Link 1]: http://baike.baidu.com/view/1366.htm
[Link 2]: http://baike.baidu.com/view/9900.htm
[220501769.jpg]: /images/20220828/ed8865ee53a74db4ba6f640f1c74bfcc.png

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