Linux系統(tǒng)進程基礎知識描述

Linux進程描述符如下

進程描述符都是task_struct類型結構，它的域包含了與一個進程相關的所有信息。

進程狀態(tài)

運行狀態(tài)

暫停狀態(tài)

可中斷的等待狀態(tài)：進程被掛起（睡眠），直到一些條件變?yōu)檎妗?/p>

不可中斷的等待狀態(tài)：這種情況用的很少，當進程打開一個設備文件時，其相應的設備驅(qū)動程序開始探測相應的硬件設備時會用到這個狀態(tài)。

僵死狀態(tài)：進程執(zhí)行被終止，但是，父進程還沒發(fā)布wait（）類系統(tǒng)調(diào)用以返回死進程有關的信息，父進程在發(fā)布wait（）調(diào)用前，不能丟棄死進程的描述符的數(shù)據(jù)，因為父進程可能還要使用。

標識一個進程

目前，pthread庫已合并到標準的C庫中，并吸收了輕量級進程的優(yōu)點。

其中，任何類Unix操作系統(tǒng)允許用戶使用一個叫做進程標識符PID的數(shù)來標識進程。PID是32位無符號整數(shù)，存放在進程描述符的pid域中。PID被順序編號（最大為32767）。

任務數(shù)組：內(nèi)核在它自己的地址空間保存了一個全局靜態(tài)數(shù)組task，數(shù)組中的元素就是進程描述符指針。

因為進程是動態(tài)實體，因此其被存放在動態(tài)內(nèi)存中，而不是存放在永久性分配給內(nèi)核的內(nèi)存區(qū)。

進程描述符和進程內(nèi)核態(tài)堆棧的存放：

?

esp寄存器是CPU棧寄存器，用來存放棧頂?shù)牡刂贰?a href="http://www.ttokpm.com/tags/intel/" target="_blank">Intel系統(tǒng)中，棧起始于末端，并朝這個內(nèi)存區(qū)開始的方向增長。從用戶態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)以后，進程的內(nèi)核態(tài)堆棧的內(nèi)核態(tài)堆棧總是空的，因此，esp寄存器直接指向這個內(nèi)存區(qū)的頂端。

每個進程都擁有獨立的內(nèi)核棧和機器上下文，資源描述符，當用戶態(tài)進程進入內(nèi)核態(tài)執(zhí)行內(nèi)核代碼時，需要保存運行時刻的棧與機器上下文。

進程鏈表

一個雙向循環(huán)鏈表把所有進程聯(lián)系起來：

當然如果掃描所有進程找出可運行的進程是非常低效的，所以可以專門設一個可運行進程鏈表。當然還有空閑鏈表。

PIDhash表

為了方便kill()函數(shù)利用PID號殺死進程，產(chǎn)生了PIDhash表，表項即為進程描述符，當進程描述符沖突時（因為將進程描述符加入表時是通過散列函數(shù)分配的 NR_TASKS/4），Linux利用鏈接表來處理沖突的PID號。

進程切換

為了控制進程的執(zhí)行，內(nèi)核必須有能力掛起正在CPU上運行的進程，并恢復以前掛起的某個進程的執(zhí)行。

硬件上下文

因所有進程共享CPU寄存器，所以進程切換時需要將硬件上下文部分存放在TSS段（任務狀態(tài)段），而剩余部分保存在內(nèi)核態(tài)堆棧。

進程切換只發(fā)生在內(nèi)核態(tài)。在進程切換執(zhí)行之前，用戶態(tài)下的進程使用的所有寄存器的內(nèi)容都已被保存，這也包括指定用戶態(tài)堆棧指針地址的ss和esp寄存器的內(nèi)容。

?每個進程包含有它自己最小長度為104字節(jié)的TSS段。操作系統(tǒng)還需要額外的字節(jié)來存放硬件不能自動保存的寄存器以及I/O的訪問權位圖。需要這種位圖是因為ioperm()及iopl()系統(tǒng)調(diào)用可以允許用戶態(tài)進程直接訪問特殊的I/O端口。尤其是，如果把eflag寄存器的IOPL域設置為3，就允許用戶態(tài)的進程訪問權位圖位為0的任何一個I/O端口。

GDT中存放著TSSD選擇符指向TSS，但這樣通過GDT查找很麻煩，所以在tr寄存器中包含了當前正在CPU上運行的TSSD選擇符和兩個非編程域Base域和Limit域。

內(nèi)核線程
????????
在Linux中，內(nèi)核線程在以下幾個方面不同于普通進程：

每個內(nèi)核線程執(zhí)行一個單獨指定的內(nèi)核函數(shù)，而普通進程只有通過系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行內(nèi)核函數(shù)。

內(nèi)核線程只允許在內(nèi)核態(tài)，而普通進程既可以運行在內(nèi)核態(tài)，也可以運行在用戶態(tài)。

因為內(nèi)核線程只運行在內(nèi)核態(tài)，它們只使用大于PAGE_OFFSET的線性地址空間。另一方面，不管是在用戶態(tài)還是內(nèi)核態(tài)，普通進程可以使用4GB的線性地址空間。

進程0

所有進程的祖先叫做進程0，或因為歷史原因叫做swapper進程，它在Linux內(nèi)核初始化階段從無到有創(chuàng)建一個內(nèi)核線程/進程。

進程0創(chuàng)建內(nèi)核線程執(zhí)行init()函數(shù)初始化四個必要的線程（處理內(nèi)存高速緩存及交換活動），init()調(diào)用execve()系統(tǒng)調(diào)用裝入可執(zhí)行程序init。因此init內(nèi)核線程變成一個普通進程，它擁有自己的內(nèi)核數(shù)據(jù)結構，且從不終止，因為它創(chuàng)建和監(jiān)控OS外層的所有所有進程活動。

當撤銷進程時，由終止進程創(chuàng)建的所有進程都成為init的子進程。避免孤兒進程的出現(xiàn)。



審核編輯：劉清