进程之进程控制块与虚拟地址空间

1.进程概念

　　在用户层面，进程是一次程序的动态运行实例，

　　在操作系统层面，进程是操作系统进行资源调度和分配的基本单位，每一个进程都有自己独立的地址空间和运行状态。

操作系统为进程创建了一系列的数据结构来管理进程。操作系统会为每个进程创建一个虚拟地址空间和进程控制块。

2.虚拟地址空间

　　在32位操作系统下，一个进程最多可以拥有4G的内存空间，在早期的计算机系统中，将程序直接加载到内存，也就是说，

程序所访问到的地址空间就是真实的内存空间，当有多个进程同时执行时，先将一个进程全部加载内存，然后，在剩下的内存

中取空间分配给其他进程。

　　这样的分配方式存在很大问题，首先地址空间不隔离，使得A进程完全可能修改B进程的数据，同时，内存的利用率极低。

这时引入了虚拟地址空间的概念，为每一个进程创建一个虚拟的地址空间，在32位系统下，虚拟空间的大小为4G，然后使用

页表机制将虚拟地址映射到实际物理地址

　　虚拟地址实现了多进程之间的地址空间隔离，任何一个进程不会干扰到其他进程的运行，同时，地址空间的映射由操作系统

完成，提高了空间利用率。

　　linux下，地址空间分为5段，地址空间从高到低为

　　1.内核区：内核空间为操作系统内核保留，不允许应用程序对内核空间进行读写

　　2.栈区：栈向下生长，保存局部变量，函数参数，返回地址等

　　3.内存映射段：

　　4.堆区：堆向上生长，保存动态开辟的空间

　　5.BSS段：未初始化或者初始化为0的全局变量和局部静态变量

　　6.数据段：已初始化且初始化为非0的全局变量和局部静态变量

　　7.代码段：可执行代码，字符串字面值，只读变量

　　8.保留区：位于虚拟空间最底层，未赋予物理地址，对它的引用是违法操作，此处收到操作系统保护而用户无权访问，这也是为什

么C语言将空指针设置为0，地址0在保留区，一般不会指向有效数据。

3.task_struct

　　linux操作系统使用task_struct管理进程，换句话说，在内核层面，它看不到各种应用程序，各种运行中的进程，它看到的是一个个

task_struct。一个进程对应一个task_struct,操作系统使用链式结构将一个个task_struct管理起来。task_struct中的数据成员标识了

进程的所有信息。

1.进程状态　　

volatile long state;  
int exit_state; 

　　state的取值标识了进程的当前状态，包括运行，阻塞，僵死等等。

2.进程pid

pid_t pid;  
pid_t tgid; 

　　进程pid标识进程编号

3.进程内核栈　　

 void *stack;  

4.标记　　

unsigned int flags;

5.标识进程亲属关系的成员　　

 struct task_struct *real_parent; /* real parent process */  
 struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */  
 struct list_head children;  /* list of my children */  
 struct list_head sibling;   /* linkage in my parent's children list */  
 struct task_struct *group_leader;   /* threadgroup leader */  

6.performance Event

 #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS  
     struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts];  
     struct mutex perf_event_mutex;  
     struct list_head perf_event_list;  
 #endif  

 分析进程的性能问题

7.进程调度

int prio, static_prio, normal_prio;  
unsigned int rt_priority;  
const struct sched_class *sched_class;  
struct sched_entity se;  
struct sched_rt_entity rt;  
unsigned int policy;  
cpumask_t cpus_allowed; 

 

4.进程状态

进程的基本状态为以下三种

　　1.就绪状态：进程已经获得除过cpu之外的所有资源，只要获得cpu,就可以立即执行，通常处于就绪状态的进程被存放在

就绪队列中

　　2.执行状态：进程获得cpu,程序在执行状态

　　3.阻塞状态：进程因为某些事件暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态。

在linux系统中，进程的具体状态为；
　　R ：运行状态：就绪态和执行状态

　　S ：可中断睡眠状态，进程处于等待状态，当进程需要的资源被释放时，进程转为运行态。

　　D ：不可中断睡眠状态：进程处于等待状态，只能用wake_up()函数唤醒

　　Z：退出状态，进程已经终止，但父进程还未回收进程的资源。