【av68676164(p15-p17)】进程概念
from av68676164
4.1.1 进程的基本概念
程序运行在并发环境中的问题
- 运行过程不确定
- 结果不可再现(程序运行被干扰)
👉解决方案:对运行过程施加约束
新的概念:进程
- 描述和管理程序的“运行过程”——进程
进程定义:
- 程序在某个数据集合上的一次运行活动
- 数据集合:软/硬件环境,多个程序共存/共享的环境
进程的特征:
- 动态性:进程是程序的一次执行过程,动态产生/小王
- 并发性:进程同其他进程一起向前推进
- 异步性:进程按各自速度向前推进
- 独立性:进程是系统分配资源和调度CPU的单位
进程与程序的区别:
- 动态和静态
- 进程是动态的:程序的一次执行过程
- 程序的静态的:一组指令的有序集合
- 暂存和长存
- 进程是暂存的:在内存驻留
- 程序是长存的:在介质里长期保存
- 程序和进程的对应:一个程序可能有多个进程
进程的类型:
- 按使用资源的权限
- 系统进程:指系统内核相关的进程
- 用户进程:运行于用户态的进程
- 按对CPU的依赖性
- 偏CPU进程:计算型进程
- 偏I/O进程:侧重于I/O的进程
- 其他标准……
4.1.2 进程的状态
进程的状态
- 运行状态(Running)
- 进程已经占有CPU,在CPU上运行。
- 就绪状态(Ready)
- 具备运行条件但由于无CPU,但是不能运行
- 阻塞状态(Block)/等待状态(Wait)
- 因为等待某项服务完成或信号不能运行的状态
- 如等待:系统调用,I/O操作,合作进程信号
进程状态的变迁
进程的状态可以依据一定的条件相互转化
graph LR
运行-->|1|就绪
就绪-->|2|运行
运行-->|3|阻塞
阻塞-->|4|就绪
- 就绪-->运行:进程调度
- 运行-->就绪:时间片到;被抢占
- 运行-->阻塞:请求服务;等待信号
- 阻塞-->就绪:服务完成;信号来到
具有新建(new)和终止(terminate)状态的进程状态
graph LR
新建状态-->|提交|就绪状态
就绪状态-->|进程调度|运行状态
运行状态-->|时间片到|就绪状态
运行状态-->|退出|终止状态
运行状态-->|等待I/O或事件|阻塞状态
阻塞状态-->|I/O或事件完成|就绪状态
Linux进程的状态:
linux中状态变迁的过程
graph TB
fork-->TASK_RUNNING_就绪
TASK_RUNNING_就绪-->|时间片耗尽|占有CPU执行
占有CPU执行-->TASK_RUNNING_就绪
占有CPU执行-->|ptrace|TASK_STOPPED_挂起
占有CPU执行-->|do_exit|TASK_ZOMBIE_僵死
占有CPU执行-->|等待资源|TASK_UNINTERRUPTABLE_深度阻塞
TASK_UNINTERRUPTABLE_深度阻塞-->|资源到位|TASK_RUNNING_就绪
TASK_INTERRUPTABLE_浅度阻塞-->|资源到位或收到信号|TASK_RUNNING_就绪
占有CPU执行-->|等待资源到位|TASK_INTERRUPTABLE_浅度阻塞
TASK_STOPPED_挂起-->|收到信号|TASK_RUNNING_就绪
- 可运行态:
- 就绪:TASK RUNNING:在就绪队列中等待调度
- 运行:正在运行
- 阻塞(等待态)
- 浅度阻塞:TASK_INTERRUPTIBLE(可中断):
- 能被其他进程的信号或始终唤醒
- 深度阻塞:TASK_UNINTERRUPTIBLE(不可中断)
- 不能被其他进程通过信号和始终唤醒
- 浅度阻塞:TASK_INTERRUPTIBLE(可中断):
- 僵死态:TASK_ZOMBIE
- 进程中止执行,释放大部分资源
- 挂起态:TASK_STOPPED
- 进程被挂起
4.1.3 进程控制快
进程控制快(Process Control Block,PCB)
- 描述进程状态、资源和相关进程关系的数据结构
- PCB是进程的标志
- 创建进程是创建PCB,进程撤销后PCB同时撤销
进程=程序+PCB
PCB中的基本成员
- name(ID):进程名称(标识符)
- status:状态
- next:指向下一个PCB的指针
- Start_addr:程序地址
- priority:优先级
- cpu_status:现场保留区(堆栈)
- Comm_info:进程通信
- Process_family:家族
- Own_resource:资源
Linux的进程控制块
struct task_struct {
//说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
volatile long state;
//Flage 是进程号,在调用fork()时给出
unsigned long flags;
//进程上是否有待处理的信号
int sigpending;
//进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
mm_segment_t addr_limit; //0-0xBFFFFFFF for user-thead
//0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
//调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
volatile long need_resched;
//锁深度
int lock_depth;
//进程的基本时间片
long nice;
//进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
unsigned long policy;
//进程内存管理信息
struct mm_struct *mm;
int processor;
//若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0,否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
//指向运行队列的指针
struct list_head run_list;
//进程的睡眠时间
unsigned long sleep_time;
//用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
struct task_struct *next_task, *prev_task;
struct mm_struct *active_mm;
struct list_head local_pages; //指向本地页面
unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
struct linux_binfmt *binfmt; //进程所运行的可执行文件的格式
int exit_code, exit_signal;
int pdeath_signal; //父进程终止是向子进程发送的信号
unsigned long personality;
//Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
int did_exec:1;
pid_t pid; //进程标识符,用来代表一个进程
pid_t pgrp; //进程组标识,表示进程所属的进程组
pid_t tty_old_pgrp; //进程控制终端所在的组标识
pid_t session; //进程的会话标识
pid_t tgid;
int leader; //表示进程是否为会话主管
struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
struct list_head thread_group; //线程链表
struct task_struct *pidhash_next; //用于将进程链入HASH表
struct task_struct **pidhash_pprev;
wait_queue_head_t wait_chldexit; //供wait4()使用
struct completion *vfork_done; //供vfork() 使用
unsigned long rt_priority; //实时优先级,用它计算实时进程调度时的weight值
//it_real_value,it_real_incr用于REAL定时器,单位为jiffies, 系统根据it_real_value
//设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时,向进程发送SIGALRM信号,同时根据
//it_real_incr重置终止时间,it_prof_value,it_prof_incr用于Profile定时器,单位为jiffies。
//当进程运行时,不管在何种状态下,每个tick都使it_prof_value值减一,当减到0时,向进程发送
//信号SIGPROF,并根据it_prof_incr重置时间.
//it_virt_value,it_virt_value用于Virtual定时器,单位为jiffies。当进程运行时,不管在何种
//状态下,每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时,向进程发送信号SIGVTALRM,根据
//it_virt_incr重置初值。
unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
struct timer_list real_timer; //指向实时定时器的指针
struct tms times; //记录进程消耗的时间
unsigned long start_time; //进程创建的时间
//记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
//内存缺页和交换信息:
//min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数(Copy on Write页和匿名页)和主缺页数(从映射文件或交换
//设备读入的页面数); nswap记录进程累计换出的页面数,即写到交换设备上的页面数。
//cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数,主缺页数和换出页面数。
//在父进程回收终止的子进程时,父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
//进程认证信息
//uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符,通常是进程创建者的uid,gid
//euid,egid为有效uid,gid
//fsuid,fsgid为文件系统uid,gid,这两个ID号通常与有效uid,gid相等,在检查对于文件
//系统的访问权限时使用他们。
//suid,sgid为备份uid,gid
uid_t uid,euid,suid,fsuid;
gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组
//进程的权能,分别是有效位集合,继承位集合,允许位集合
kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
int keep_capabilities:1;
struct user_struct *user;
struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]; //与进程相关的资源限制信息
unsigned short used_math; //是否使用FPU
char comm[16]; //进程正在运行的可执行文件名
//文件系统信息
int link_count, total_link_count;
//NULL if no tty 进程所在的控制终端,如果不需要控制终端,则该指针为空
struct tty_struct *tty;
unsigned int locks;
//进程间通信信息
struct sem_undo *semundo; //进程在信号灯上的所有undo操作
struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时,他在该队列中记录等待的操作
//进程的CPU状态,切换时,要保存到停止进程的task_struct中
struct thread_struct thread;
//文件系统信息
struct fs_struct *fs;
//打开文件信息
struct files_struct *files;
//信号处理函数
spinlock_t sigmask_lock;
struct signal_struct *sig; //信号处理函数
sigset_t blocked; //进程当前要阻塞的信号,每个信号对应一位
struct sigpending pending; //进程上是否有待处理的信号
unsigned long sas_ss_sp;
size_t sas_ss_size;
int (*notifier)(void *priv);
void *notifier_data;
sigset_t *notifier_mask;
u32 parent_exec_id;
u32 self_exec_id;
spinlock_t alloc_lock;
void *journal_info;
};
进程的切换:
- 进程的上下文
- Context,进程运行环境,CPU环境
- 进程的切换过程:
- 换入进程的上下文进入CPU(从栈上来)
- 还出进程的上下文离开CPU(到栈上去)