操作系統(tǒng)組隊討論linux和unix的進程管理

1、進 程 管理 第四組LINUXUNIX 成員黃景禧方永樂張善達周海橋肖琪成尹翔吳繼超進程控制塊（PCB）進程屬性的動態(tài)描述(PCB在Linux中對應task_struct，也稱為PD；PCB在Unix中對應于proc和user結構)基本信息組成進程標識（PID、父進程ID、家族關系、用戶ID）處理器狀態(tài)及現(xiàn)場（寄存器狀態(tài)、堆棧等）進程控制信息（狀態(tài)、優(yōu)先權、資源情況等）Linux PCB(1)的內(nèi)容及用途Linux系統(tǒng)中的PCB在Linux中，任務和進程是同一概念Linux中的PCB即任務數(shù)據(jù)結構：task_strcut，也稱為進程描述符PD （Processor Descriptor）定義在

2、include/linux/sched.h中Linux PCB(2)的內(nèi)容及用途Linux PCB（task_struct)包含進程所有信息task_struct數(shù)據(jù)結構很龐大，但并不復雜，按功能將所有域劃分：1、進程狀態(tài)（State） 2、進程調度信息（Scheduling Information）3、各種標識符（Identifiers）4、進程通信有關信息（IPC：Inter_Process Communication）5、時間和定時器信息（Times and Timers）6、進程鏈接信息（Links）7、文件系統(tǒng)信息（File System）8、虛擬內(nèi)存信息（Virtual Memor

3、y）9、頁面管理信息（page）10、對稱多處理器（SMP）信息11、和處理器相關的環(huán)境（上下文）信息（Processor Specific Context）12、其它信息 Linux PCB(3)進程狀態(tài)的設置、含義及轉換情況進程狀態(tài)state在Linux中任何進程，都處于6種狀態(tài)之一進程狀態(tài)：1、運行態(tài)或就緒態(tài)（可運行態(tài)），TASK_RUNNING（0）等待態(tài)2、可中斷等待態(tài)，TASK_INTERRUPTIBLE(1)3、不可中斷等待態(tài)，TASK_UNINTERRUPTIBLE (2)4、僵死態(tài)，TASK_STOPPED (4)5、暫停態(tài)，TASK_ZOMBIE (8)6、死亡態(tài)，TASK

4、_DEAD (16)取值與Unix系統(tǒng)有差異！Linux PCB(4)可運行狀態(tài)進程正在運行（運行態(tài)）、或者正準備運行（就緒態(tài)）正在運行的進程就是當前進程準備運行的進程只要得到CPU就可以立即投入運行，CPU是這些進程唯一等待的系統(tǒng)資源可中斷等待態(tài)、不可中斷等待態(tài)進程正等待某個事件（event）或某個資源一定處于系統(tǒng)中的某個等待隊列（wait_queue）中兩種等待態(tài)的差異：可中斷等待態(tài)：可被信號喚醒，被喚醒后進入可運行態(tài),等待被調度；不可中斷等待態(tài)：因等待硬件資源，如某個通道、端口等，在任何情況下都不能被打斷，直到資源滿足。資源滿足后只能用特定的方式來喚醒它，例如喚醒函數(shù)wake_up（）等

5、 Linux PCB(5)暫停狀態(tài)進程暫時停止運行以接受某種特殊處理通常當進程接收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或 SIGTTOU信號后就處于這種狀態(tài)（關于信號，將在第4章講）例如，正接受調試的進程就處于這種狀態(tài) 僵死狀態(tài)進程執(zhí)行了exit()函數(shù)后進入該狀態(tài)，即進程被終止此狀態(tài)將由父進程執(zhí)行wait()系統(tǒng)調用而“喚醒”，真正終止該進程，并回收其資源處于該狀態(tài)的進程是死進程，屬于系統(tǒng)中的垃圾，必須進行相應處理以釋放其占用的資源 死亡狀態(tài)：僵死進程被父進程回收后的狀態(tài)Linux的進程狀態(tài)之間的轉換情況linux優(yōu)先級的設置方法linux案例撤銷進程（1）撤銷進程的主要事務釋放

6、占用資源，占用CPU時間累計到父進程刪除進程表中的該進程，釋放PCB轉進程調度被撤銷的進程，不可能轉任何進程狀態(tài)被撤銷的進程生命周期結束進程撤銷的系統(tǒng)調用【exit(status)】不返回值Linux中的進程撤銷exit()函數(shù)將進程設置為“僵死”狀態(tài)釋放其所占用的資源向父進程發(fā)進程“死”信號status無返回值，父進程用wait()回收其占用CPU時間linux案例撤銷進程（2）子進程終止，OS需做的工作關閉軟中斷回收資源（文件、內(nèi)存、結構、i結點等）記錄相關數(shù)據(jù)（如占用CPU時間）置該進程為“僵死”狀態(tài)，并向父進程發(fā)軟中斷信號轉進程調度Linux中的進程撤銷(終止)函數(shù)exit()定義在k

7、ernel/exit.c中:int sys_exit(int error_code)do_exit(error_code&0 xff)8);參考源碼exit.c中的do_exit()定義進程執(zhí)行程序do_ execve執(zhí)行流程進程執(zhí)行程序（即do_execve()實現(xiàn)過程）int do_execve(char * filename, char * argv, char * envp, struct pt_regs * regs) /* 參數(shù)filename,argv,envp分別代表著要執(zhí)行文件的文件名，命令行參數(shù)，環(huán)境串 */struct linux_binprm bprm; /* 將運行可

8、執(zhí)行文件時所需的信息組織到一起 */struct file *file;int retval;int i;file = open_exec(filename); /* 找到并打開給定的可執(zhí)行程序文件，open_exec()返回file結構指針，代表著讀入可執(zhí)行文件的上下文 */retval = PTR_ERR(file); /* 強制轉換，此內(nèi)容查詢“文件名到索引節(jié)點的查找”案例分析 */if (IS_ERR(file) /* open_exec()返回的是無效指針 */return retval; /* 返回無效的指針 */ /* 填充linux_binprm結構 */bprm.p = PA

9、GE_SIZE*MAX_ARG_PAGES-sizeof(void *); /* 將當前頁最高地址設置成所有頁面總和減去一個指針的大小*/memset(bprm.page, 0, MAX_ARG_PAGES*sizeof(bprm.page0); /* 將page指針數(shù)組初始化成全0 */bprm.file = file; /* 要執(zhí)行的文件 */bprm.filename = filename; /* 要執(zhí)行的文件的名字 */bprm.sh_bang = 0; /* 假定為二進制文件 */bprm.loader = 0; bprm.exec = 0; /* 暫設0 */if (bprm.ar

10、gc = count(argv, bprm.p / sizeof(void *) 0) /* 命令行參數(shù)個數(shù)進行統(tǒng)計 */allow_write_access(file); /* 若count()失敗，調用allow_write_access()防止其他進程在讀入可執(zhí)行文件期間通過內(nèi)存映射改變它的內(nèi)容 */fput(file); /* 遞減file文件中的共享計數(shù) */return bprm.argc; /* 返回 */if (bprm.envc = count(envp, bprm.p / sizeof(void *) 0) /* 環(huán)境變量個數(shù)進行統(tǒng)計 */allow_write_acces

11、s(file); /* 若count()失敗，調用allow_write_access()防止其他進程在讀入可執(zhí)行文件期間通過內(nèi)存映射改變它的內(nèi)容 */fput(file); /* 遞減file文件中的共享計數(shù) */return bprm.envc; /* 返回 */retval = prepare_binprm(&bprm); /* 從可執(zhí)行文件中讀入開頭的128個字節(jié)到linux_binprm結構brmp中的緩沖區(qū) */if (retval 0) /* */goto out; retval = copy_strings_kernel(1, &bprm.filename, &bprm); /

12、* 將文件名拷貝到新分配的頁面中 */if (retval 0) goto out; /* 若出錯 */bprm.exec = bprm.p;retval = copy_strings(bprm.envc, envp, &bprm); /* 將環(huán)境變量拷貝到新分配的頁面中 */if (retval 0) goto out; /* 若出錯 */retval = copy_strings(bprm.argc, argv, &bprm); /* 將命令行參數(shù)拷貝到新分配的頁面中 */if (retval = 0)return retval;/* 運行成功 *out:/* 發(fā)生錯誤，返回inode，并

13、釋放資源 */allow_write_access(bprm.file);/* 調用allow_write_access()防止其他進程在讀入可執(zhí)行文件期間通過內(nèi)存映射改變它的內(nèi)容 */if (bprm.file)fput(bprm.file); /* 遞減file文件中的共享計數(shù) */for (i = 0 ; i active_mm);/current進程的active_mm為空，出錯 need_reshced_back; prev=current;/變量初始化 this_cpu = prev-processor; (unlikely(in_interrupt() printk(Schedu

14、ling in interruptn); BUG(); /不能再中斷程序中執(zhí)行schedule()，否則會出錯 release_kernel_lock(prev, this_cpu); sched_data = & aligned_datathis_cpu.schedule_data; spin_lock_irq(&runqueue_lock);/釋放內(nèi)核鎖，開this_cpu中斷，并鎖住runqueue隊列 if (unlikely(prev-policy = SCHED_RR)/是否為輪轉調度 if (!prev-counter) prev-counter = NICE_TO_TICKS(

15、prev-nice); move_last_runqueue(prev); /prev-counter為逐漸減少的進程時間配額，當為0時就從當前位置到runqueue的末尾。NICE_TO_TICKS將優(yōu)/先級別換算為時間配額，即恢復開始的時間配額 switch (prev-state) case TASK_INTERRUPTIBLE: if(signal_pending(prev) prev-state = TASK_RUNNING; break; /查看當前狀態(tài)，如果處于TASK_INTERRUPTIBLE且有信號等待處理，內(nèi)核將狀態(tài)設置為TASK_RUNNING,/讓其處理完 defau

16、lt: del_from_runqueue(prev); case TASK_RUNNING:; prev-need_resched = 0;/如果沒有信號等待，從等待隊列撤出；如果處在TASK_RUNNING繼續(xù)進行 repeat_schedule: next = idle_task(this_cpu);/指向最佳候選 c = -1000;/進程的綜合權值 list_for_each(tmp, &runqueue_head) p = list_entry(tmp, struct task_struct, run_list); if (can_schedule(p, this_cpu) int

17、 weight = goodness(p, this_cpu, prev-active_mm); if (weight c)/比較權值 c = weight, next = p; /調度之前將要調度的進程默認為0號，權值為-1000。0號進程即不會睡眠，也不會死亡。內(nèi)核遍歷可執(zhí)行隊列runqueue的每個進程，用godness計算權值，然后進行比較if (unlikely(!c) structtask_struct *p; spin_unlock_irq(&runqueue_lock);/鎖住runqueue read_lock(&tasklist_lock);/鎖住進程的tasklist f

18、or_each_task(p)/對每個進程執(zhí)行操作 p-counter = (p-counter 1) + NICE_TO_TICKS(p-nice); read_unlock(&tasklist_lock); spin_lock_irq(&runqueue_lock); goto repeat_schedule; /若c為0，說明運行隊列中的所有權值都為0，要重新分配 sched_data-curr = next; task_set_cpu(next, this_cpu); spin_unlock_irq(&runqueue_lock);/對隊列解鎖，開中斷 if (unlikely(pre

19、v = next) prev-policy &= SCHED_YIELD; goto same_process; /如果選中是原來進程，則另外執(zhí)行操作 #ifdef CONFIG_SMP sched_data-last_schedule = get_cycles(); #endif /* CONFIG_SMP */ kstat.context_swtch+; prepare_to_switch(); struct mm_struct *mm = next-mm; struct mm_struct *oldmm = prev-active_mm; if (!mm) BUG_ON(next-act

20、ive_mm); next-active_mm = oldmm; atomic_inc(&oldmm-mm_count); enter_lazy_tlb(oldmm, next, this_cpu); else BUG_ON(next-active_mm != mm); switch_mm(oldmm, mm, next, this_cpu); /開始進程切換，如果是內(nèi)核線程，借用prev的地址空間，如果是一般進程，切換到next的用戶空間 if (!prev-mm) prev-active_mm = NULL; mmdrop(oldmm); /如果是內(nèi)核線程，則釋放地址空間，將mm_stru

21、ct的共享計數(shù)減一。 switch_to(prev, next, prev); _schedule_tail(prev); same_process: reacquire_kernel_lock(current); if (!prev-mm) prev-active_mm = NULL; mmdrop(oldmm); /如果是內(nèi)核線程，則釋放地址空間，將mm_struct的共享計數(shù)減一。 switch_to(prev, next, prev); _schedule_tail(prev); same_process: reacquire_kernel_lock(current); linux案例

22、進程喚醒call signal_wake_up () 函數(shù)去喚醒 目標進程： static int deliver_signal(int sig, struct siginfo *info, struct task_struct*t)/遞送信號int retval = send_signal(sig, info, &t-pending);/add the sigqueue into the pending queue , set the reponding bit 1 /diliver signal success and not blocked this signal if (!retval

23、 & !sigismember(&t-blocked, sig) /the processhavent be masked signal_wake_up(t);/if the process is TASK_INTERRUPTIBLE , wake up it return retval;linux案例進程喚醒static inline void signal_wake_up(struct task_struct *t)t-sigpending = 1;/this process has signal to handle/略去了對SMP的處理if (t-state & TASK_INTERRU

24、PTIBLE) /可以被signal喚醒的進程狀態(tài)wake_up_process(t);return;UNIXUnix PCB的內(nèi)容及用途Unix的PCB分兩部分（proc + user）Proc結構標識進程的狀態(tài)用的狀態(tài)位。UNIX System 共有9 個狀態(tài)編碼。(2) 若干用戶標識號，簡稱UID 或用戶ID。這些用戶標識號指出該進程屬于哪一組用戶，具有何種特權，例如是否可以互相發(fā)送軟中斷等等。(3) 若干進程標識號，簡稱PID 或進程ID，說明進程相互間的關系。(4) 存儲區(qū)位置和長度，指明進程在內(nèi)存或在外存中的位置及大小。這些信息在進程換入換出，以及狀態(tài)轉換等時用到。(5) 調度參數(shù)，包括優(yōu)先數(shù)等。核心用它們決定進程轉換到核心態(tài)和用戶態(tài)的次序以及占有處理機的次序。Unix PCB的內(nèi)容及用途(6) 軟中斷信號項，記錄發(fā)向一個進程的所有未處理的軟中斷信號。(7) 各種計時項，給出進程執(zhí)行時間和系統(tǒng)資源的利用情況。這些信息用來為進程計賬、計算調度優(yōu)先權，以及發(fā)