《Linux內核設計與實現》讀書筆記 3

第三章 進程管理

3.1進程

概念：

　　進程：處於執行期的程序。但不只侷限於程序，還包含其餘資源（打開的文件，掛起的信號，內核內部數據，處理器狀態，一個或多個具備內催音社的內存地址空間及一個或多個執行線程，存放全局變量的數據段等）

　　內核須要有效又透明地管理全部細節。

　　線程：執行線程的簡稱，是在進程中活動的對象。每一個線程有一個獨立的程序計數器、進程棧和一組進程寄存器。內核調度的對象是線程而不是進程。

         進程提供兩種虛擬機制：虛擬處理器和虛擬內存。

　　線程之間能夠共享虛擬內存，但每一個都擁有各自的虛擬存儲器。

　　進程建立：調用fork（），該系統調用經過複製當前進程建立新進程。使用fork（）的是父進程。在調用結束時，在返回點這個相同位置，父進程恢復，子進程開始執行。

3.2進程描述符及任務結構

      內核把進程的列表存放在叫作任務隊列的雙向循環鏈表中。鏈表中的每一項都是task_struct類型，稱爲進程描述符的結構。

      該結構內包含了內核管理一個進程所需的全部信息。

　　分配進程描述符：經過slab分配器分配，爲了對象複用和緩存着色。

　　進程描述符的存放：進程經過一個惟一的進程標識值（process identification value）標識每一個進程。PID最大默認32768，，就是系統中容許同時存在的進程最大數目。

　　進程狀態：進程描述符中的state域描述了進程的當前狀態，有五種狀態：運行、可中斷、不可中斷、被跟蹤、中止。

　　設置當前進程狀態：調整狀態使用set_task_state(task,state)函數。

　　進程家族樹：系統進程有明顯的繼承關係。全部進程都是init的後代。每一個進程都有父進程，相同父進程的成爲兄弟。

3.3進程建立

Fork()和exec()：

　　Fork()經過拷貝當前進程建立一個子進程。Exec（）函數負責都去可執行文件，並將其載入地址空間開始運行。

　　寫時拷貝：fork（）複製全部資源是效率低下的，所以採用寫時拷貝，推遲甚至免除拷貝數據。只有須要寫入的時候，數據才被複制。

　　Fork（）：經過clone（）系統調用實現fork（）。do_fork()調用copy_proceess()函數

　　　　調用dup_task_struct()爲新進程建立一個內核棧、thread_info結構和task_stuct結構。這些與當前進程相同,PID也相同。

　　　　檢查建立子進程後，用戶多有進程書目沒有超出它分配的資源的限制。

　　　　進程描述符的許多成員都要清零或設爲默認，以和父進程區分開。

　　　　子進程狀態被設置爲TASK_UNINTERRUPTIBLE，確保不會被投入運行。

　　　　調用alloc_pid()爲新進程分配一個有效ID

　　　　Copy_process()作掃尾工做，返回一個指向子進程的指針。

　　Vfork（）：與fork（）的區別就是不考貝父進程頁表項。

3.4線程在Linux中的實現

         從內核角度說，Linxu沒有線程概念。全部線程都被看成進程

         建立進程：和建立普通進程差很少，只是在調用clone（）時須要傳遞一些參數標誌。

         內核線程：kernel thread和普通進程的區別在於內核線程沒有獨立地址空間。只在內核空間運行。

3.5進程終結

         當一個進程終結，內核必須釋放所佔有的資源，並告知父進程。

　　靠do_exit()實現：

　　　　將tast_struct中的標誌成員設置爲PF_EXITING

　　　　調用del_timer_sync()刪除任一內核定時器

　　　　調用acct_update_integrals()輸出記帳信息

　　　　調用exit_mm()釋放進程佔用的mm_struct。

　　　　調用sem_exit()若進程排隊等候IPC，則離開

　　　　調用exit_files()和exit_fs()分別遞減文件描述符和文件系統數據的應用計數。

　　　　調用exit_notify()向父進程發送信號，給子進程找養父。

　　　　do_exit調用schedukle(0切換到新進程。

小結：

　　本節，咱們學到了操做系統的核心概念——進程。

　　Linux如何存放和表示進程——用task_struct和thread_info

　　建立進程——經過fork（），其實是clone（）

　　把新的執行映像裝到地址空間——經過exec（）系統調用族

　　表示進程的層次關係，父進程如何收集其後代信息——經過wait（）系統調用族

　　進程如何消亡——強制或自願調用exit（）