二11、進程管理之一基本概念

 

硬件    

調用、調用接口、庫調用

線性內存地址空間、物理內存地址空間、線性地址、物理地址

交換內存：缺頁異常

進程內存結構

常駐內存集、虛擬內存集

進程、進程元數據、結構體、任務結構體、鏈表

進程類型、狀態(read,runing,sleep,stopped,zombie)

可中斷睡眠、不可中斷睡眠

建立子進程的過程 

進程優先級、進程調度、進程隊列

過時隊列：搶佔式多任務、系統調用IO

IO模型、系統調用IO等待過程

進程間通訊：IPC

 

 

硬件    

 

編程接口：

     syscall（系統調用)

    libcall(庫調用)

    硬件

 

 

庫調用： 用戶空間發生(獨立的模塊或系統調用的二次封裝)

系統調用：內核空間發生，特權指令

    **若是非內核將要運行特權指令，會發起軟中斷，CPU會通知內核，除非內核有漏洞，特權指令必定是由內核執行。

 

調用：載入事先編寫好的功能模塊

模塊：由別人提供，調用此模塊完成功能

調用接口：獲得模塊的途徑

 

　　　　例如：想要賣一雙鞋(功能)，到鞋店去買(提供功能的位置)，鞋店的大門(調用接口)。

 

內核的功能

    　　驅動硬件、用戶及權限管理、網絡管理、程序包管理、文件系統管理、進程管理、安全管理

 

網絡管理: ip,ifcfg,nmcli配置ip,route,dns。配置文件配置ip,dns,route，圖形工具配置

文件系統管理: 塊組、bitmap,GDT,Supper Block,VFS,同步IO、異步IO，寫時複製，快照，中斷信號，同步、通知機制、擴展槽、適配器、控制器

程序包管理：rpm , yum , dnf (yum比rpm多了查詢搜索、事務歷史功能)，Ip比ifconfig多了(清空，查詢過濾）

 

進程管理：

    1）進程建立

    2）進程調度

 

CPU使用和不使用的區別

    一、都是以相同頻率工做

    二、消耗電同樣

    不使用，白白浪費性能

    使用，CPU佔據60-80%都有價值。

 

1、線性內存地址空間、物理內存地址空間、線性地址、物理地址

 

線性內存地址： 進程使用的地址

 

1.一、進程只能經過線性地址追蹤數據

    1）將地址映射關係保存於內核內存的task struct表中，由內核虛擬出進程內存爲整個內存大小

    2）由cpu的MMU(Memory Manager Unit)單元完成映射 

 

1.二、交換內存：虛擬內存，中進程內存忽然增大，可能物理內存不夠用。基於LRU算法找出最近最少使用的內存數據，就將物理內存中的數據放入同內存有相同格式的磁盤中，之後使用時，用相同的方法，將數據交換到磁盤中，將交換分區要使用的數據加載至物理內存中。

    當數據從磁盤中調回時，可能物理內存的地址發生變化。引發 「缺頁異常」：虛擬內存中的數據地址映射的物理內存的地址沒有數據

        1)、大異常、小異常

        2)、要從磁盤中讀數據：a）數據在交換分區中。b）重讀數據

 

可參考：http://note.youdao.com/noteshare?id=d78c57366914f603526605a22d893346&sub=10966AB8F4504EAB8E295E00E3095682

1.三、進程內存結構

 

1.4

常駐內存集：不能交換出去的數據：指令全部空間"匿名頁"

虛擬內存集：能夠交換出去的數據：數據全部空間

 

進程：運行中的程序

    有生命週期：建立、運行、銷燬

 

1.五、進程元數據

    位置：內核內存中，當進程切換或發起系統調用時，均會操做則表

 

進程元數據結構

 

task struct 任務結構體

thead_info 線程信息

flags 標識

run_list 運行列表

mm 內存結構

real_parent 真父

parent 養父

tty 在哪一個終端啓動

files 打開的文件

signal 本身持有的信號

物理地址和線性地址映射關係

 

 

結構體：保存進程元數據的結構

 

tast_struct : 進程元數據放至結構體中，稱爲任務結構體。一個進程也稱爲一個任務

 

1.六、鏈表：

    一、任務結構體的組織結構

    二、每一個結構體的結束處指向下一個有相同結構的結構體的起始處

 

1.七、鏈表類型

    循環鏈表：最後 一個結構體的結束處指向第一個結構體的起始處

    雙向鏈表：結構體的結束處指向下一個結構的起始處，而且此起始處又能指向上一個結構體的開始處

    雙向循環鏈表：both above

 

 

2、進程類型

  密集型

        CPU密集型：優先級低，運行進程少時，也可獲取大量CPU資源；     非交互式

        IO密集型：優先級高，消耗CPU資源少，在須要CPU時，儘可能知足。  交互式

    前、後臺

        前臺進程：在終端(控制器、虛擬、模擬)啓動。 在終端也能啓動後臺進程(服務進程)或將前臺進程送到後臺,以守護模式運行；

        守護進程（後臺進程）:在系統引導過程當中啓動的進程，跟終端無關的進程。

 

進程建立：程序分配cpu資源及內存資源，即爲一個進程

 

剛開機時，進程放在cpu上運行，等內核掌控一切，建立內核空間

內核建立第一個進程(用戶空間創建)/sbin/init

 

init進程：

    1、代替內核完成用戶空間中操做

    2、不能代替內核完成 系統調用的執行

 

進程建立子進程：

    1、子進程也能建立子進程

    2、子進程和父進程共用一段內存空間，內存空間只讀

    3、當子進程須要修改內存空間中的數據時，基於寫時複製完成

 

 

進程銷燬：父進程替子進程收屍，若是父進程先於子進程掛。則爲子進程找一個養父，才能收屍。

 

進程的狀態:

    ready: 在進程隊列中等待運行

    runing: 在cpu上運行

    sleeping: 睡眠

    stopped: 在內存中，有task struct但不會調度至cpu上運行，除非手動啓動

    zombie: 沒有父進程清理屍體

 

睡眠

   可中斷睡眠：interruptable

        運行隊列：等待被調度至CPU上運行

        過時隊列：CPU時間消耗完畢

    不可中斷睡眠 : uninterruptable

        過時隊列：系統調用等待IO過程 

 

進程運行中的進程須要完成特定功能

    1）系統調用: 特權指令的封裝(程序操做硬件時，發起系統調用) 

    2）子進程完成：父進程調用程序，運行程序建立一個子進程完成功能。

 

 

進程優先級、進程調度、進程隊列

進程優先級：0-139，

　　　　0-99：實時優先級，不可調。

　　　　100-139(-20,19)靜態優先級：普通用戶只能調高，root用戶沒有限制

 

 進程調度：kernel按cpu劃分時間片，依據優先級從運行隊列挑選出優先級最高的隊列，下次調度至cpu上運行

        只掃描運行隊列，找到優先級最高的隊列，即爲下次調度至cpu上執行的進程

 

    a)、進程隊列：一個優先級對應2個隊列：等待被調度至cpu上運行的的隊列、過時隊列

        一、提高進程調度能力

        二、一共有280個隊列

 

     b) 、過時隊列：運行隊列運行完畢，過時隊列和運行隊列會互換位置

 

 

 

Linux 多任務模式：搶佔式多任務

    進程運行時，有幾個時間點能夠被其餘高於當前進程的進程所搶佔。被搶佔的進程，調度至過時隊列，等待下一個循環

 

系統調用等待IO過程：

 

發起系統調用的進程，等待系統調用IO時，也會被調度至過時隊列中，等待下一個循環

 

系統調用內核完成IO操做

 

第一階段：kernel將磁盤中的數據加載至內存中

第二階段：將Kernel內存中的數據複製到進程內存中(進程IO過程)

 

 

IPC： Inter Process Communication

 

    同一主機: 信號、share memory 、 semenphor 

 

        信號 signal(masage queue)

        共享內存， share memory 找一段內存空間扔數據，另外一個進程從內存中讀數據

        旗語 semnphor

        管道: pipe

 

  不一樣主機: rpc,socket

 

        rpc ---remote processcure call 本機發起調用，在另外一個主機執行

 

        socket---ip: port 通訊基於TCP，通訊前創建TCP鏈接，兩者間，創建虛擬鏈路

 

3、IO模型

同步、異步

阻塞、非阻塞

 

左側進程在內核完成特權指令時的的狀態。

右側內核執行特權指令的階段

 

同步IO

阻塞：進程掛起，第二階段看着內核將數據複製到進程內存中(掛起)

非阻塞：進程不掛起，反覆查看內核是否已經完成第一階段，第二階段看着內核將數據複製到進程內存中

 

 

 

異步IO