第三章关于进程管理的读书笔记

第三章
Linux进程管理
主要内容：讨论Linux进程管理；阐述多任务处理原则；介绍进程概念；并以一个编程示例来说明多任务处理。
*** 多任务处理**

同时进行几项独立活动的能力。

*** 进程概念**
操作系统是一个多任务处理系统。操作系统中任务也称为进程。正式定义：对映象的执行。
PROC（包括两个进程控制模块PCB和任务控制模块TCP）一般结构

往后的讨论中提及的仅仅为单CPU系统。

*** 多任务处理系统（MT）**

1. Type.h文件
   定义了系统常数和进程表示的简单PROC1.
   

拓展MT系统时，应该向PROC结构体中增加更多的字段

1. ts.s文件
   在32位GCC汇编代码中可以实现进程上下文切换
   

2. queue.c文件
   实现对列和链表的操作函数。Enqueue（）函数按照优先级将PROC输入队列之中；优先级高的进程FIFO。Dequeue（）函数返回从队列或链表中删除的第一个元素。printList（）打印链表元素。
   

3. t.c文件
   定义MT系统数据结构、系统初始化代码和进程管理函数。
   

main函数

*** 进程同步**

1. 睡眠模式
   改编后的PROC
   

实现算法

1. 唤醒操作
   Kwakeup（）函数算法：
   

2. 进程终止
   终止方式：正常终止（进程调用exit（value），发出_exit（value）系统调用执行系统内核中的kexit（value））；异常终止（进程因为某个信号而异常终止）

3. Kexit（）算法
   

P1进程（INIT进程）某个进程死亡之后，他的所有子进程都由P1来管理。也就是说只要有其他程序存在，P1就不会消失。

1. 家族进程树
   

sibling同级子进程

子进程进入ZOMBIE状态，唤醒父进程，空间由父进程释放。

1. 等待子进程终止

Kwait（）函数算法
唤醒父进程

P1的重要作用

1. MT系统中的进程管理
   编程实现目标：
   

*** Unix/Linux中的进程**

1. 进程来源
   操作系统启动时，操作系统内核的启动代码会强行创建一个PID=0的初始进程，即通过PROC结构体进行创建，初始化PROC内容，并让运行指向proc[0].系统初始化 之后，P0妇科了一个子进程P1，并将进程切换为以用户模式运行P1。

2. INIT和进程守护
   当进程P1开始运行时，他将其执行映象更改为INIT程序；P1成为INIt程序，其映象成为init程序。P1开始复刻许多子进程，子进程的大部分都给系统提供服务。他们在后台运行，不予任何用户交互。这些进程被称为守护进程。如下
   

3. 登录进程
   P1进程除了守护进程外还复刻了许多LOGIN进程每个终端一个，用于用户登录。每一个登录进程都会打开三个与自己终端相关的文件流。包括标准输入stdio、标准输出stdout和用于标准错误消息的stderr。Stdin（文件描述符=0），stdout（1），stderr（2）
   Sh进程
   登陆成功后，登录进程会获得用户的gid和uid从而成为进程用户他将目录更改为用户的主目录并执行列出程序，通常是命令解释程序sh。

4. 进程的执行模式
   U/L中进程有两张不同的模式执行，即内核模式和用户模式（Kmode和Umode）
   

在Kmode下，通过cpu的转态寄存器从K状态装换到U状态。Umode只能通过以下三种方式进入Kmode

*** 进程管理的系统调用**

1. Fork（）函数
   

创建子进程并返回子进程的PID，如果失败则返回-1.

1. 进程执行顺序
   子进程与父进程和系统中的其他所有进城竞争CPU执行时间。谁先运行，鉴于它的优先级，优先级是动态的（当然还有时间）
   

2. 进程终止
   正常终止：父进程通过系统调用找到僵尸子进程，获得pid和退出状态
   

异常终止：程序陷入异常时，他会被陷入内核，内核将异常程序陷阱错误类型转换为一个幻数（信号），将信号转递给进程，使进程终止。

1. 等待进程终止
   任何一个时候，一个进程都可以使用
   

Kwait（）算法

1. Linux中的subreaper
   内核3.4以后，Linux处理孤儿进程的方式略有不同。进程可以用系统调用将自己定义为subreaper：
   

这样一来，init进程P1不再是孤儿进程的父进程。标记为subreaper的最近活跃祖先进程将成为新的父进程。如果没有这样一个进程，孤儿进程依然会进入新的父进程。

1. exec（）：更改程序进程执行映像
   进程可以使用exec（）将其Umode映象更改为不同的（可执行）文件
   

2. 环境变量
   环境变量是为当前sh定义的变量，由子sh或进程继承。
   

使用env或printenv查看环境变量

实例

*** I/O重定向**

1. 文件流和文件描述符
   标准文件流（每一个文件流对应Linux内核中的一个打开文件）
   

2. 文件流I/O和系统调用
   

3. 重定向标准输入
   用新的文件来代替文件描述符0。方法如下
   

1. 重定向标准输出
   

重定向操作如下

*** 管道**
用于进程交换数据的单项进程间通信通道。（单向性决定只能一端写、一端读）
普通管道用于相关进程。命名管道是不相关进程之间的FIFO通信通道。读取和写入通道通常是同步、阻塞操作。

1. 管道编程
   U/L为管道提供系统调用支持
   

Pd中保存了两个文件描述符，pd[0]用于向管道读取，1则向管道写入。

管道操作实现

1. 管道命令处理
   

2. 命名管道（FIFO）
   使用rm或unlink删除
   

Sh命令与C语言中创建的进程都可以使用管道。