深入理解Linux内核－进程

1、进程的静态特性

进程：程序执行时的一个实例

进程描述符（task_struct）: 进程的基本信息（thread_info）、指向内存区描述符的指针（mm_struct）、进程相关的tty(tty_struct)、当前目录(fs_struct)、指向　　　　　　　　　　　　　　文件描述符的指针(files_struct)、所接收的信号(signal_struct)

进程状态：1、可运行状态(TASK_RUNNING)：正在运行或者准备执行
　　　　  2、可中断的等待状态(TASK_INTERRUPTIBLE)：进程挂起，产生硬件中断、接收到信号被唤醒进入TASK_RUNNING状态
　　　　  3、不可中断的等待状态(TASK_UNINTERRUPTIBLE)：类似上述；不能被中断
　　　　  4、暂停状态(TASK_STOPPED)：进程的执行被暂停
　　　　  5、跟踪状态(TASK_TRACED)：
　　　　  6、僵死状态(EXIT_ZOMBIE)：进程的执行被终止，但是父进程没有发布wait()类系统调用，内核不能丢弃包含在死进程描述符中的数据
　　　　  7、僵死撤销状态（EXIT_DEAD):父进程发布wait()类系统调用，进程由系统删除。为了避免其他进程的竞争，将进程由僵死状态改为僵死撤销状态。

PID：进程描述符processID，32位系统默认上限32767，64位系统默认上限4194303。用位图表决PID的闲置状态

魔数常量：将2^32做黄金分割，取最接近这个值的一个素数。即0x9e370001（2 654 404 609）＝ 2^31 + 2^29 - 2^25 + 2^22 - 2^19 - 2^16 +1


进程资源限制：Linux中，进程对系统资源的占用受到一些限制，避免用户过分使用系统资源；CPU时间、地址空间、文件大小、堆大小、栈大小、进程数等等

 

2、内核如何进行进程切换

硬件上下文：每个进程有自己有地址空间，但是必须共享CPU寄存器；进程恢复前必须装入寄存器的一组数据称为硬件上下文（hardware context）。
　　　　   进程切换前，需要先切换硬件上下文；被切换打硬件上下文保存在进程描述符的字段thread_struct的thread字段中。另外通用寄存器的值保留在内核堆栈中。


进程切换：1、切换页全局目录以安装一个新的地址；2、切换内核堆栈和硬件上下文

另外还有一些其他的寄存器或者协处理器：FPU（算术浮点单元）、MMX（multi media extension 多媒体扩展指令集）、SSE／SSE2（Streaming SIMD Extensions）等需要考虑切换; SIMD(single - instruction multiple-data 单指令多数据)

 

3、进程的创建

提高创建进程效率的方法：写时复制、轻量级进程（允许父子进程共享在内核的很多数据结构）、vfork()创建的进程能共享父进程的内存地址空间。

创建进程的三种方法：clone(), fork(), vfork()

clone(): 创建轻量级进程

fork(): 由clone() 实现， 传入的参数不同

vfork(): 由clone() 实现， 传入的参数不同

进程0: swapper进程、idle进程； 在多处理器系统中，每个CPU都有一个进程0

进程1: 内核进程， 与进程0共享数据，也叫做init进程，它创建和监控在操作系统外层执行的所有进程活动。

 

4、进程的撤销

exit(): 系统调用，用来终止某一个进程

exit_group(): 系统调用，终止整个线程组

僵尸进程：产生掉一个原因是父进程已死，无法调用wait函数结束子进程，释放其进程描述符。这个时候需要强制子进程称为init进程的子进程，由init来通知释放

 

5、Linux对多线程程序多支持