Linux系统进程深入理解_LINUX_操作系统

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1. 什么是进程

进程是处于执行期的程序以及它所包含的所有资源的总称,包括虚拟处理器,虚拟空间,寄存器,堆栈,全局数据段等。

在Linux中,每个进程在创建时都会被分配一个数据结构,称为进程控制块(Process Control Block,简称PCB)。PCB中包含了很多重要的信息,供系统调度和进程本身执行使用。所有进程的PCB都存放在内核空间中。PCB中最重要的信息就是进程PID,内核通过这个PID来唯一标识一个进程。PID可以循环使用,最大值是32768。init进程的pid为1,其他进程都是init进程的后代。

除了进程控制块(PCB)以外,每个进程都有独立的内核堆栈(8k),一个进程描述符结构,这些数据都作为进程的控制信息储存在内核空间中;而进程的用户空间主要存储代码和数据。

2.进程的创建

进程是通过调用::fork(),::vfork()和::clone()系统调用创建新进程。在内核中,它们都是调用do_fork实现的。传统的fork函数直接把父进程的所有资源复制给子进程。而Linux的::fork()使用写时拷贝页实现,也就是说,父进程和子进程共享同一个资源拷贝,只有当数据发生改变时,数据才会发生复制。通常的情况,子进程创建后会立即调用exec(),这样就避免复制父进程的全部资源。

三者的区别如下

::fork():父进程的所有数据结构都会复制一份给子进程(写时拷贝页)。

::vfork():只复制task_struct和内核堆栈,所以生成的只是父进程的一个线程(无独立的用户空间)。

::clone():功能强大,带了许多参数。::clone()可以让你有选择性的继承父进程的资源,既可以选择像::vfork()一样和父进程共享一个虚拟空间,从而使创造的是线程,你也可以不和父进程共享,你甚至可以选择创造出来的进程和父进程不再是父子关系,而是兄弟关系。

3. 进程的撤销

进程通过调用exit()退出执行,这个函数会终结进程并释放所有的资源。父进程可以通过wait4()查询子进程是否终结。进程退出执行后处于僵死状态,直到它的父进程调用wait()或者waitpid()为止。父进程退出时,内核会指定线程组的其他进程或者init进程作为其子进程的新父进程。当进程接收到一个不能处理或忽视的信号时,或当在内核态产生一个不可恢复的CPU异常而内核此时正代表该进程在运行,内核可以强迫进程终止。

4. 进程管理

内核把进程信息存放在叫做任务队列(task list)的双向循环链表中(内核空间)。链表中的每一项都是类型为task_struct,称为进程描述符结构(process descriptor),包含了一个具体进程的所有信息,包括打开的文件,进程的地址空间,挂起的信号,进程的状态等。

 

Linux通过slab分配器分配task_struct,这样能达到对象复用和缓存着色(通过预先分配和重复使用task_struct,可以避免动态分配和释放所带来的资源消耗)。

内核把所有处于TASK_RUNNING状态的进程组织成一个可运行双向循环队列。调度函数通过扫描整个可运行队列,取得最值得执行的进程投入执行。避免扫描所有进程,提高调度效率。

5. 进程的内核堆栈

Linux为每个进程分配一个8KB大小的内存区域,用于存放该进程两个不同的数据结构:thread_info和进程的内核堆栈。

进程处于内核态时使用不同于用户态堆栈,内核控制路径所用的堆栈很少,因此对栈和描述符来说,8KB足够了。

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