Linux原理的學習,我打算由淺入深,從上之下,也就是先了解個大概再逐個深入。先了解一下Linux的進程先。
一、Linux進程上下文
Linux進程上下文,我理解就是進程組成元素的集合。包括進程描述符tast_struct,正文段,數據段,棧,寄存器內容,頁表等。
1)tast_struct
它是一種數據結構,存儲著進程的描述信息,例如pid,uid,狀態,信號項,打開文件表等。是進程管理和調度的重要依據。
2)用戶棧和核心棧
顧名思義,用戶棧是進程運行在用戶態使用的棧,含有用戶態執行時候函數調用的參數,局部變量等;核心棧是該進程運行在核心態下用的棧,保存調用系統函數所用的參數和調用序列。這兩個棧的指針都保存在tast_struct結構中。
3)寄存器
保存程序計數器,狀態字,通用寄存器,棧指針。
4)頁表
線性地址到物理地址的映射
5)正文段,數據段。
二、Linux進程的狀態
Linux中進程共有5個狀態:就緒,可中斷睡眠,不可中斷睡眠,暫停,僵死。也就是說,linux不區分就緒和運行,它們統一叫做就緒態。進程所處的狀態記錄在tast_struct中。
三、進程的控制
1)進程樹的形成
計算機啟動後,BIOS從磁盤引導扇區加載系統引導程序,它將Linux系統裝入內存,並跳到內核處執行,Linux內核就執行初始化工作:初始化硬件、初始化內部數據結構、建立進程0。進程0創建進程1,進程1是以後所有創建的進程的祖先,它負責初始化所有的用戶進程。進程1創建shell進程,shell進程顯示提示符,等待命令的輸入。
2)進程的創建
任何一個用戶進程的創建都是由現有的一個進程完成的,進程的創建要經過fork和exec兩個過程。Fork是為新進程分配相應的數據結構,並將父進程的相應上下文信息復制過來。Exec是將可執行文件的正文和數據轉入內存覆蓋它原來的(從父進程復制過來的),並開始執行正文段。
3)進程的終止
系統調用exit()就可自我終結,exit釋放除了tast_struct以外的所有上下文,父進程收到子進程終結的消息後,釋放子進程的tast_struct。
4)進程的調度
進程的調度是由schedule()完成的,一種情況是,當處理機從核心態向用戶態轉換之前,它會檢查調度標志是否為1,如果是1,則運行schedule(),執行進程的調度。另一種情況是進程自動放棄處理機,時候進行進程調度。
進程的調度過程分為兩步,首先利用相關策略選擇要執行的進程,然後進行上下文的切換。
四、進程的通信
進程的通信策略主要有,消息,管道,消息隊列,共享存儲區和信號量。
1)信息
消息機制主要是用來傳遞進程間的軟中斷信號,通知對方發生了異步事件。發送進程將信號(約定好的符號)發送到目標進程的tast_struct中的信號項,接收進程看到有消息後就調用相應的處理程序,注意,處理程序必須到進程執行時候才能執行,不能立即響應。
2)管道
我理解就是兩個進程使用告訴緩沖區中的一個隊列(每兩個進程一個),發送進程將數據發送到管道入口,接收進程從管道出口讀數據。
3)消息隊列
消息隊列是操作系統維護的一個個消息鏈表,發送進程根據消息標識符將消息添加到制定隊列中,接收進程從中讀取消息。
4)共享存儲區
在內存中開辟一個區域,是個進程共享的,也就是說進程可以把它附加到自己的地址空間中,對此區域中的數據進行操作。
5)信號量
控制進程的同步。