第一次作业：深入源码分析进程模型

进程

一.进程是什么？

　　1.进程是一个程序在其自身的虚拟地址空间中的一次执行互动，程序本身不占用系统资源。

　　  2.每一个进程都有一个识别号（PID）

二.在Linux中进程的组成：

　　1.进程控制块PCB；

　　2.数据段；

  　 3.正文段。　　

 　　 Linux系统为了节省进程控制块所占的内存空间，把每个进程控制块分成两部分。一部分常驻内存，不管进程是否正占有处理器运行，

系统经常会对这部分内容进行查询和处理，常驻部分内容包括：进程状态、优先数、过程特征、数据段始址、等待原因和队列指针等，

这是进行处理器调度时必须使用的一些主要信息。另一部分非常驻内存，当进程不占有处理器时，系统不会对这部分内容进行查询和处理，

因此这部分内容可以存放在磁盘的对换区中，它随用户的程序和数据部分换进或换出内存。

       Linux系统把进程的数据段又划分成三部分:用户栈区(供用户程序使用的信息区)；用户数据区(包括用户工作数据和非可重入的程序段)；

         系统数据区(包括系统变量和对换信息)。

        正文段是可重入的程序，能被若干进程共享。为了管理可共享的正文段，Linux设置了一张正文表，每个正文段都占用一个表目，

     用来指出该正文段在内存和磁盘上的位置、段的大小以及调用该段的进程数等情况。

 

参考来源：https://blog.csdn.net/baidu_35534327/article/details/54180177

 

三.进程的组织方式：

　　1.进程链表

　　　 每个task_struct中都有一个tasks的域来连接到进程链表上去。

           

 

　　   以下Init_task的PCB是由编译器预先分配的，在程序运行的过程中一直存在，直到程序结束。

       

 

　　编写以下内核模块，得到所有进程的pid和进程名，并统计出进程总数。

       

 

　　2.哈希表

　　使用哈希表来提高查找一个进程的时间复杂度是O（N）的效率。

 

　　（1）哈希表的定义：

　　

 

　　（2）哈希函数

　　

 

　　 

 

　    

 

　　

 

　　（3）通过pid查找task_struct

　　内核并不能直接通过pid找到对应的task_struct，而是先通过pid找到对应的struct pid,在通过struct pid 找到对应的task_struct。

　　

3.就绪队列

　　与进程链表类似，task_struct也定义了一个连接到就绪队列的域run_list

　　

 

4.等待队列

　　（1）等待队列的数据结构

　　

　　task_list链接到等待队列上去。

 

　　func是一个函数指针，指向唤醒等待队列中进程的函数。prviate是传递给func的参数，用于指定所要唤醒的进程。

　　

　　flags标志进程是否互斥: flags为WQ_FLAG_EXCLUSIVE  时互斥，否则，非互斥。

 

（2）等待队列头

　　　　

　　lock自旋锁对其进行同步，避免了双向链表被同时访问。task_list是双向链表的节点。

 

（3）等待队列的操作

   i.初始化

　　首先，使用了下面的宏声明并初始化了一个等待队列头

　　

 

　　如果要对列中一个元素初始化，要使用这个函数：

　　

 

ii:插入/删除

　　add_wait_queue()将一个非互斥进程插入到等待队列的第一个位置

　　

 

　　add_wait_queue_exclusive()将一个互斥进程插入到等待队列的最后一个位置

 

 

　　

　　

　　因为非互斥进程不需要临界资源，所以将非互斥进程放在队首，而将互斥进程放在队尾，将它唤醒不会影响其它进程的执行，而互斥进程得到临界资源会导致别的进程无法执行。

 

　　 remove_wait_queue()将一个进程从等待队列中删除。

　　

　　

　　iii.检查是否为空队列,直接调用了list.h中的list_empty()

　　　

　　

　　iv.睡眠

　　

 

　　v.唤醒

　　

 

　　以上参考：https://blog.csdn.net/fdssdfdsf/article/details/7894211

　　　　

四、进程的转换

　　转换图如下：

　　　　

 

五、进程的调度：

　　在 Linux中，进程的运行时间不可能超过分配给他们的时间片，他们采用的是 抢占式多任务处理，所以进程之间的挂起和继续运行无需彼此之间的协作。

　　有以下命令：

　　i:kill命令

　　　　kill命令是通过向进程发送指定的信号来结束进程的。如果没有指定发送信号，那么默认值为TERM信号。TERM信号将终止所有不能捕获该信号的进程。至于那些可以捕获该信号的进程可能就需要使用kill（9）信号了，该信号是不能被捕捉的。

　　 ii:nohup命令

　　　　我们一般退出Linux系统时，会把所有的程序全部结束掉，包括那些后台程序。但有时候，例如您正在编辑一个很长的程序，但是您下班或是有事需要先退出系统，这时您又不希望系统把您编辑那么久的程序结束掉，希望退出系统时，程序还能继续执行。这时，我们就可以使用 nohup命令使进程在用户退出后仍继续执行。

　　iii:renice命令

　　　　renice命令允许用户修改一个正在运行进程的优先权。 利用renice命令可以在命令执行时调整其优先权。

　　注：

　　（1） 用户只能对自己所有的进程使用 renice命令。

　　（2） root用户可以在任何进程上使用 renice命令。

　　（3） 只有root用户才能提高进程的优先权。

　　

六、看法理解：

　　操作系统对于计算机是十分重要的，其中Linux操作系统是一个基于POSIX和UNIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的UNIX工具软件、应用程序和网络协议。在操作系统中，进程又是核心，我们应该更加了解进程的，掌握进程，结合实际，追求更高的效率。