Linux 操作系統 - Basic of 進程

進程可以說是OS的最基本的構件,因為有了進程才有了 偽並行 ,所謂偽並行是指 多道程序之間進行快速切換,以達到多任務處理的能力.更細致的說 是在 就緒態, 運行態 和 阻塞態之間的轉換 .

Running State -> Blocking State:

可能是進程發生IO請求,比如一個進程等待另一個進程提供輸入時,或者等待來自另一個進程的信息時 ...

Running State -> Ready State:

這個最常見,比如時鐘中斷,比如進程優先級

Ready State -> Running State:

當前運行的進程用完CPU的時間,調度程序就從就緒態的進程中選擇一個運行

Blocking State -> Ready State:

當滿足阻塞到就緒態的事件發生時,就會轉換.

偽並行

可以看到A ,B ,C 三個進程, A遇到I/O讀寫,暫時放棄CPU,調度程序選擇一個進程(B)來運行,這是來個高優先級的C ,B暫時掛起,讓C運行,AI/O讀寫成功後 ,由於A優先級大於C所以C繼續運行,運行完後先運行優先級高的C再運行B !

進程樹

進程是程序的一個動態的執行實體,隨著程序的執行 而不斷進行變化,它具有生命周期,進程就像大千生物一樣 ,也有自己的父母,生成它的進程叫做父進程,每個進程只有一個父進程,可以有多個子進程,linux中可以通過fork來創建子進程.來看看linux中的進程,linux中有個init進程,PID為 1 , 可以說是所有進程的祖先進程,如果某個進程的父進程終止後,自己還live, 則該進程則變成孤兒進程(因為沒有父進程了),但是有它祖先保佑著它,負責養它(它祖先長命著呢) 來看看這棵進程樹!

進程控制塊

創建一個進程時,就要為它建立一個PCB(process control block),進程退出時收回PCB,PCB可謂進程的核心,裡面囊括了 標識符, 狀態, 優先級, PC, 內存指針, 上下文, IO 等信息,正因為有了這些才可以中斷一個進程的執行.

Linux中把對進程的描述結構叫做task_struct (PCB)

1. struct task_struct {
2. 　　long state;
3. 　　long counter;
4. 　　long priority;
5. 　　long signal;
6. 　　struct sigaction sigaction[32];
7. 　　long blocked;
8. 　　int exit_code;
9. 　　unsigned long start_code,end_code,end_data,brk,start_stack;
10. 　　long pid,father,pgrp,session,leader;
11. 　　unsigned short uid,euid,suid;
12. 　　unsigned short gid,egid,sgid;
13. 　　long alarm;
14. 　　long utime,stime,cutime,cstime,start_time;
15. 　　unsigned short used_math;
16. 　　/* file system info */
17. 　　int tty;
18. 　　unsigned short umask;
19. 　　struct m_inode * pwd;
20. 　　struct m_inode * root;
21. 　　struct m_inode * executable;
22. 　　unsigned long close_on_exec;
23. 　　struct file * filp[NR_OPEN];
24. 　　struct desc_struct ldt[3];
25. 　　struct tss_struct tss;
26. }

另外要說的是PCB是內核中頻繁讀寫的數據結構,所以被常駐在內存中.

還有一個重點是,PCB的存放,它是和內核棧存放在一起的,這是因為linux為了節約空間,所以把兩者放在一起,占用8K的內存區.

1. union task_union {
2. struct task_struct task;
3. unsigned long kernel_stack[2408];
4. };

這是大概的數據結構,PCB大概占1KB左右,所以內核棧的大小不能超過7KB,否則內核張會覆蓋PCB,從而導致崩潰!

除了節約空間,把兩者放在一起 可以使內核更快的找到PCB,另外防止在創建進程時動態分配額外的內存.

進程切換

進程切換需要OS獲得控制權,如果你有些底層代碼的經驗,你會知道進程切換的代價是非常高的! 我們來看看哪些會造成進程切換?

-> 第一想到的就是系統中斷中的IO操作了 .

-> 第二想到的是system call,調用系統函數也會產生進程切換,所以調用系統函數開銷是很大的.

-> 還有些 正常的時鐘中斷, 也就是說進程超過了最大規定的時間片,如果超過了進程必須切換到就緒態.調入另外一個進程。