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第6章 进程与存储管理示例 Linux进程和存储管理简介 Linux进程结构 Linux进程控制 Linux进程调度 进程通信 Linux存储管理 第6章 进程与存储管理示例 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux系统的核心部分，从整体上分两大部分： “静”的文件系统 “动”的进程控制系统 两者之间通过数据结构和函数调用相互作用 Linux将一个程序看作是一个可执行文件，而把一个进程看作是程序的执行或执行中的程序实例 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux系统的启动 系统自举，并初始化各种数据结构与表格、初始化Linux核心的各个子系统等 建立0#进程或idle进程——唯一一个静态建立的进程 建立控制终端进程及运行shell进程的init进程(也称为1#进程) 不同终端创建相应的终端管理进程和shell进程 在建立shell进程之后，出现相应的提示符，等待用户输入命令 图6.1 Linux系统中各进程的关系 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux系统中各进程的关系 0#进程或idle进程——祖先进程 1#进程或init进程——终端管理进程与shell进程的父进程 用户进程——由Shell进程创建，是Shell进程的子孙进程 6.1 Linux进程和存储管理简介 0#进程运行在核心态，而init进程以及由init进程衍生的其他进程都可以在用户态和核心态下执行 用户态与核心态的区别 用户态下的进程只能存取它们自己的指令与数据，而核心态下的进程可以存取核心和用户地址 在不同的执行模式下，同一进程使用不同的堆栈，分别称为核心态堆栈与用户态堆栈。 6.1 Linux进程和存储管理简介 核心线程：只在核心态下执行的进程 核心线程有：0#进程、kblockd、ksoftirqd、kswapd等等，常用于处理一些周期性事务 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux的进程控制系统在逻辑上有4个模块 与文件系统的接口部分 进程本身的控制部分 进程间的控制部分 存储管理部分 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux调度模块 调度原则：抢占式、动态优先级调度法 调度过程schedule()和时钟中断修改进程的动态优先级 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux中引起进程调度的情况 当前执行进程申请资源未得到满足，自己调用sleep过程，放弃CPU，进入睡眠状态 为了与其他进程保持同步，调用wait过程，主动放弃CPU，进入睡眠状态 时间片用完，或某个更高优先级进程被唤醒，系统设置need_resched调度标志。当系统在核心态下的程序执行完毕，由核心态转入用户态时，即在中断陷入总控处理程序结束之前的瞬间，检查need_resched标志并进行调度 当前进程调用exit，自我终止时 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux进程通信 包括：用于控制各并发进程执行速度和资源共享与竞争的低级通信，以及进程间大量传递信息的高级通信 同步机制 在核心态下执行时，系统进程使用：信号量、自旋锁、关闭中断、使用原子操作等 在用户态下执行时，用户进程使用：软中断信号、管道、调用系统调用wait或sleep使得当前执行进程进入等待状态 6.1 Linux进程和存储管理简介 Linux存储管理模块 控制存储分配 管理进程在内存和外存之间的信息转移，以便所有进程都得到公平执行的机会 6.2 Linux进程结构 进程的概念 进程的虚拟地址结构 进程上下文 进程的状态和状态转换 6.2 Linux进程结构 介绍Linux进程的静态构成，定义进程上下文及其状态转换 6.2.1 进程的概念 进程的含义与特性 进程控制块：Linux的task_struct结构 标识进程状态用的状态位：5个状态编码 进程标识符 描述进程家族关系、组成成员的指针 …… 6.2 Linux进程结构 6.2.2 进程的虚拟地址结构 Linux进程的虚拟地址结构依赖于硬件 在Intel 80x86中，每个进程拥有一个4GB的虚拟空间。其中： 0～3GB的地址空间由用户进程使用，可以对其直接访问； 3～4GB的地址空间称为核心地址空间，在所有的进程中共享，存放核心的正文和数据，只被核心使用，用户进程不能直接访问 6.2.2 进程的虚拟地址结构 Linux将用户进程的所有地址空间有关的信息保存在mm_struct数据结构中，该结构的指针保存进程描述符中 Linux的进程由逻辑段组成，而这些逻辑段则存放在若干个虚拟区域中。正文、数据和栈分别存放于各自的区中。 Linux的区类似于段页式管理中的段，但区的虚拟地址是一维的 6.2.2 进程的虚拟地址结构 虚拟区域的管理 名称：区命名为vm_area，简写为VMA 管