05-进程管理-2

除PCB之外，新进程还必须拥有程序、数据、堆 栈和其它资源，这些资源是否也从父进程继承？ 继承多少？
1、全部继承：父子进程共享所有资源。 2、部分继承：父子进程共享部分资源。 3、不继承：父子进程不共享任何资源。 三种情况都应该是合理的，但部分继承似乎更合理。
创建进程
如果父子进程共享资源（全部或部分），那么它 们如何共享这些资源呢？或者说，父进程在创 建子进程之后如何运行呢？
PCB的内容
2、进程控制信息：
– 当前状态 – 优先级(priority) – 代码执行入口地址 – 程序的外存地址 – 运行统计信息（执行时间、页面调度） – 进程间同步和通信；阻塞原因 –进程的队列指针 –进程的消息队列指针
PCB的内容（续）
3、所拥有的资源和使用情况：
– 虚拟地址空间的现状 – 打开文件列表
用户态运行 核心态运行 在内存就绪 在外存就绪 在内存暂停 在外存暂停 在内存睡眠 在外存睡眠 创建态 终止态
Linux进程
Linux操作系统的PCB结构叫做task_struct。 在Linux的演化过程中，该结构发生了巨大的变化， 目前已经变得很大。 任务结构体的大小约1000B，包含的内容十分 丰富，它定义在源代码的include/linux/sched.h 下。 下面是在早期的Linux版本（Linux 0.11）中 定义的task_struct结构，其中已经具备了PCB的 最基本信息。
5）子进程的起始执行点
父进程调用fork算法，创建好一个子进程后，父、 子进程以后的执行起点都在fork算法内部，它们都要 做一些善后处理工作，再转去执行自己的程序段。
如何区别父、子进程？ 父进程被调度执行后从fork算法中返回时，父进 程返回值是子进程的标识号，而子进程返回的是0，根 据返回值的不同即可区别父子进程。
1、父进程等待子进程终止（暂借资源） 2、父子进程并发地、独立地运行
两种情况都是存在的，但最常见的是第2种。
创建进程
如果要从父进程复制资源，如地址空间，那么应 该如何复制呢？
1、完全复制。 工作量很大，尤其是大程序，可能有的在内存，有 的在外存。而且，子进程可能很快就重新加载新的应 用程序，释放掉继承的程序、数据等资源。 2、写时复制（Copy on Write）。 父子双方共用（共享）地址空间（程序、数据、堆 栈等），直到一方对其做写操作时，才真正复制，写 多少复制多少。
进程队列组织方式
进程队列：不同状态进程分别组成队列 运行队列、就绪队列、等待队列 进程队列常用的物理组织方式有两种： 链接结构： 同一状态进程的PCB组成一个链表，不同状态 对应多个不同的链表 就绪链表、阻塞链表 索引结构：对具有相同状态的进程，分别设置各 自的PCB索引表，表明PCB在PCB表中的地址
等待资源 sleep_on()
TASK_INTERRUPTIBLE 浅度睡眠
占有CPU,执行 停止信号 ptrace()
等待资源 interruptible_sleep_on()
TASK_STOPPED 暂停
do_exit()
TASK_ZOMBIE 僵死
UNIX S-5中进程状态

PCB表组织方式
PCB表：
系统把所有PCB组织在一起，以表 的形式把它们放在内存的固定区域，就 构成了PCB表
PCB表的大小决定了系统中最多可同时 存在的进程个数，称为系统的并发度
注：多道程序中的多道与系统并发度不同
（1）线性表：将所有PCB都放在一个线性表中 优点：简单、易于实现，OS需预先确定整个系统中 同时存在的最大进程数目，静态分配内存。 问题：限定了系统中同时存在的最大进程数目，调 度时需扫描整个表，降低调度效率，用户较少时很多 PCB未用，浪费内存空间。 （2） 链接表： 按照进程的不同状态分别放在不同的队 列中，由指针将同一队列中的PCB链接起来。 好处：使用灵活，管理方便，动态申请内存，内存 储使用效率可以提高。 不足：动态分配内存的方法比较复杂，不限制进程 数目，进程过多时会出现内存43; PCB
Linux进程的状态
1、运行状态（TASK_RUNNING）：表示进程正在运行 或者正在运行（就绪）队列中等待运行。 2、可中断等待状态（TASK_INTERRUPTIBLE）：表 示进程在等待队列中，正在等待某个事件或资源。在此状态 下的进程可以被信号唤醒。 3、不可中断等待状态（TASK_UNINTERRUPTIBLE） 表示进程在等待队列中，正在等待被唤醒。处于这种状态的 进程不会被信号自动唤醒。 4、停止状态（TASK_STOPPED）：表示进程被暂停。 处于停止状态的进程还可以再恢复运行。导致进程停止的原 因有二：收到了停止信号；受其它进程的追踪。 5、僵死状态（TASK_ZOMBIE）：表示进程已经结束但 尚未消亡。其祖先负责回收它的task_struct结构。
进程队列组织方式（续）
索引表
PCB表 就绪队列
PCB 1
PCB 2
PCB 3 PCB 4 PCB 5
等待队列 1
PCB 6
PCB 7 … PCB n
等待队列 2
进程映象 (进程要素)
用户程序 用户数据 栈
–用于过程调用和参数传递
进程控制块PCB (进程属性)
– 处于核心段 – 用户进程不能直接访问、修改自己的PCB
理解父、子进程
task struct数据结构包含的进程信息
进程状态 进程状态标志 调度信息 标识符 进程通信信息 链接指针 时间和定时器 文件系统 虚拟内存 处理器相关上下文

每个进程的管理信息 真是太多了！！
Linux的PCB结构与当前进程
Linux进程的task_struct结构和它的系统堆栈 共用8KB的系统内存。 宏current指向当前进程的task_struct结构。当 前进程是正在运行的进程。
本次课主要内容：
1、进程的描述 2、PCB组成
3、LINUX进程状态
4、进程的操作
进程的描述
进程控制块（Process
Control Block，PCB）
系统为了管理进程设置的一个专门的数据 结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程 的运动变化过程（又称进程描述符、进程属性） 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的
PCB的内容
1、进程标识信息，即进程名： 对用户来说，字符串名称比较容易记忆 和使用，但对操作系统来说，用字符串来标 识进程是低效的，也是不方便的。因此，操 作系统通常使用一个整数来标识进程，每个 进程一个，称为进程标识符（pid）。 进程通常属于一个组，因此需要记录进 程的组标识pgrp。 另外，进程代替用户工作，因此需要记录 用户标识（uid）和用户所属的组标识（gid）。
fork系统调用
1）fork( )首先为子进程分配两个连续的物理页 面，低端用作子进程的task struct结构，高端则用 作其系统空间堆栈。 2）再将父进程的整个task struct复制到子进程 的数据结构中去。此后，进程的状态被设置成TASK UNINTERRUPTIBLE,这是因为在get pid()中产生一个 新pid的操作必须是独占的。Task struct数据结构复 制成功后，还要对其中的各种变量进行初始化。
创建进程
Linux系统提供了三种创建进程的系统调用， 它们是fork()、clone()和vfork()。 vfork()采用完全继承方式，父子进程完全共 享同样的资源。通常父进程要等待子进程终止。 fork()采用完全继承方式， 子进程通过Copy on Write方式从父进程复制全部资源。 clone()界于两者之间，由父进程指定共享和 复制的方式，可以实现部分继承和部分复制。如 果需要复制地址空间，也采用Copy on Write方式。 最终完成进程创建的是函数do_fork，上述三 个函数传递给do_fork的参数不同。
Linux进程的状态
收到信号SIGCONT wake_up() 资源到位 wake_up() fork()
TASK_RUNNING 就绪
schedule() 时间片到
资源到位 wake_up_interruptible() wake_up()或收到信号
TASK_UNINTERRUPTIBLE 深度睡眠
4、CPU现场保护信息：
– 寄存器值（通用、程序计数器PC、状态PSW，地 址包括栈指针） –指向赋予该进程的段/页表的指针
PCB的内容（续）
PCB组织方式
显然，要管理一个进程必须首先找到它的进 程控制块（PCB），要管理所有的进程必须能找 到所有的进程控制块（PCB）。 由于进程控制块中记录了与进程相关的所有 重要信息，因此，进程的PCB必须驻留在系统内 存区中。 由于系统中会同时存在多个进程，因此操作 系统必须同时管理多个PCB。 为了提高进程管理的效率，必须有一种办法 来组织系统中的进程控制块（PCB）。
系统堆栈 系统栈顶指针（esp）
8KB
task_struct 进程结构开始位置
Linux系统中只有一个就绪队列，称为运行队 列，所有状态为TASK_RUNNING的进程全部排列 在该队列中。系统的第0号进程，即init_task进程， 在完成初始化以后变成空闲进程，常驻运行队列， 并作为队头。 等待的进程分别在各自的队列中排队。
struct task_struct { long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */ long counter; long priority; long signal; struct sigaction sigaction[32]; long blocked; /* bitmap of masked signals */ int exit_code; unsigned long start_code,end_code,end_data,brk,start_stack; long pid,father,pgrp,session,leader; unsigned short uid,euid,suid; unsigned short gid,egid,sgid; long alarm; long utime,stime,cutime,cstime,start_time; unsigned short used_math; int tty; /* -1 if no tty, so it must be signed */ unsigned short umask; struct m_inode * pwd; struct m_inode * root; struct m_inode * executable; unsigned long close_on_exec; struct file * filp[NR_OPEN]; struct desc_struct ldt[3]; /* 内存 */ struct tss_struct tss; /* 现场 */ };