从Kernel的角度谈进程

lemonboard

从Kernel的角度谈进程 [复制链接]

<div class='showpostmsg'># 从Kernel的角度谈进程

在前面学习了内存与系统的相关知识，这些是系统提供的环境，与我们平时编写的程序貌似也没有啥关系。今天要分享的进程就与我们程序员平时相关了。
## **进程 or 程序**
这里先区分“进程”与“程序”两个概念。程序是我们编写的代码经过编译生成的二进制可执行文件，而“进程”是执行中的一个程序。有别于存储在硬盘中的文件。
有了进程的概念后，进程并发执行也就便于解释了。当然，目前的进程并行仍然是“伪命题”，实际是分时复用。
## **进程描述符**
进程是操作系统中调试的一个实体，需要对进程所拥有的资源进行抽象。这个抽象模块称为进程模块Process Control Block, PCB。在Linux内核中采用一个名为task_struct的结构体（定义在include/linux/sched.h头文件中）。
附源代码如下：
```c
struct task_struct {
  volatile long state;  // 进程状态
  void *stack;     // 进程的堆栈指针
  atomic_t usage;    // 引用计数器
  unsigned int flags;  // 进程标志位
  unsigned int ptrace; // 进程追踪
  int links;     // 链表链接
  int mm;       // 进程的内存描述符
  struct mm_str str;   // 内存描述符的字符串表示
  struct list_head thread_group;// 线程组链表
  struct task_struct *children; // 子进程链表
  struct task_struct *parent;  // 父进程链表
  int child_ COLOR_SGI;   // 子进程的链表颜色
  void *security_state;   // 安全状态
  void *files;     // 文件描述符表
  void *fs;       // 文件系统信息
  void *subscribers;   // 订阅者链表
  void * namespaces;    // 命名空间链表
  /* 更多字段... */
};
```
我查看了一下源代码，这个结构体有362行。一行一行读下来，肯定忘得比记得多。于是我们将数据结构中成果变量归纳如下几类：

- 进程属性相关信息，如state, pid, flags等成员
- 进程间的关系，如real_parent, children, sibling等成员
- 进程调试相关信息，如prio, static_prio, sched_class等成员
- 内存管理相关信息，如mm成员，指向mm_struct结构体
- 文件管理相关信息，如fs, files成员，
- 信号相关信息
- 资源限制相关信息

## **进程生命周期**
典型的操作系统中进程状态如下图所示，即包含创建态，就绪态，运行态，阻塞态，终止态

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_780653" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=780653&handlekey=savephoto_780653">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

Linux内核也为进程定义了5种状态，如下图所示：

<ignore_js_op>

<a href="javascript:;" onclick="showWindow(this.id, this.getAttribute('url'), 'get', 0);" id="savephoto_780654" url="home.php?mod=spacecp&ac=album&op=saveforumphoto&aid=780654&handlekey=savephoto_780654">保存到相册</a>

</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

## **Linux内核进程O(1)调试算法**
在Linux 2.16内核中采用了RedHat公司Ingo Molnar设计的O(1)调试算法，其核心思想仍是Corbato等人提出的多级反馈队列算法。每个CPU各自维护一个属于自己的就绪队列，这样减少了锁的竞争。
就绪队列由两个优先级数组组成，即活跃(active)组和过期(expired)组。每个优先级数组包含MAX_PRIO(140)个优先级队列，其中前100个对应实时进程，后40个对应普通进程。使用位图来判断给定优先级队列中是否有可运行的进程。于是，选择下一个被调度进程的时间变成了查询位图操作，而且和系统中就绪进程数量不相关，时间复杂度为O(1)，这也是其名字的得来。

## **总结**

进程的概念，进程的状态轮转图是非常基础的概念，也是技术面试时常考的问题。通过本章的学习，我觉得我对进程的概念的了解还非常少，比如，进程的组织形式是链表，子进程被clone后的写时复制技术，红黑树等技术点等等。
有目标，看到差距，继续努力！

</div><script>				var loginstr = '<div class="locked">查看精华帖全部内容，请<a href="javascript:;"   style="color:#e60000" class="loginf">登录</a>或者<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/member.php?mod=register_eeworld.php&action=wechat" style="color:#e60000" target="_blank">注册</a></div>';
				
				if(parseInt(discuz_uid)==0){
					
				}
</script><script type="text/javascript">(function(d,c){var a=d.createElement("script"),m=d.getElementsByTagName("script")[0],eewurl="//counter.eeworld.com.cn/pv/count/";a.src=eewurl+c;m.parentNode.insertBefore(a,m)})(document,523)</script>

Jacktang

看来，进程的状态轮转图是搞Linux内核编程的必需哈

LitchiCheng

还有实时系统上的，抢占FIFO，ROUND等等调度调整方式，亲核affinity，隔离核心操作等

lemonboard

Jacktang 发表于 2024-1-25 07:35 看来，进程的状态轮转图是搞Linux内核编程的必需哈

嵌入式应用的RTOS也有任务状态流转图。

有限状态机嘛

13620203064

进程是OS里关于CPU调度最重要的概念之一。还需要学习内训mmu的管理。

13620203064

直接上个资源书籍，文档！大砖头，阅读理解下！

13620203064

进程--资源分配的单位（CPU，内存。。。）

线程--CPU运算嗯陪的单位

nian1206

标记一下，后面用到了好学习学习，非常感谢分享，好人一生平安！

从Kernel的角度谈进程 [复制链接]

最新回复

点评

浏览过的版块