进程与PCB

进程与PCB

进程

• 进程是操作系统的资源分配单位，实现操作系统的并发，对于一个进程，它在被执行前其实是一个可执行程序。这个程序是被放在磁盘上的，当它要被执行的时候，它先被加载到内存当中，然后再放入到寄存器中，最后再让cpu执行该程序，这个时候一个静态的程序就变成了进程
• 进程创建时会分配4G的内存，其中0-3G是用户空间，3-4G是内核空间，PCB存在于内核空间
  
• 进程的用户空间是不同的，内核空间也是不同的。比如每个进程的不同系统调用，是陷入自己独立的内核空间里面，所以每个进程内核的堆栈肯定是不一样的

PCB

• 每个进程的PCB都是存在所有进程共享的内核空间中，操作系统管理进程，也就是在内核空间中管理的，在内核空间中通过链表管理所有进程的PCB，如果有一个进程要被创建，实际上多分配了这么一个4G的虚拟内存，并在共享的内核空间中的双向链表中加入了自己的PCB。

• PCB(Process Control Block)进程控制块，描述进程的基本信息和运行状态，进程的创建和销毁都是对PCB进行操作，PCB的具体内容如下

  struct task_struct {
  volatile long state;  //说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
  unsigned long flags;  //Flage 是进程号,在调用fork()时给出
  intsigpending;   //进程上是否有待处理的信号
  mm_segment_taddr_limit; //进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
                         //0-0xBFFFFFFF foruser-thead
                         //0-0xFFFFFFFF forkernel-thread
  //调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
  volatilelong need_resched;
  int lock_depth;  //锁深度
  longnice;       //进程的基本时间片
  //进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR,分时进程:SCHED_OTHER
  unsigned long policy;
  struct mm_struct *mm; //进程内存管理信息
  int processor;
  //若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1这个值在运行队列被锁时更新
  unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
  struct list_head run_list; //指向运行队列的指针
  unsigned longsleep_time;  //进程的睡眠时间
  //用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表,其根是init_task
  struct task_struct *next_task, *prev_task;
  struct mm_struct *active_mm;
  struct list_headlocal_pages;       //指向本地页面      
  unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
  struct linux_binfmt *binfmt;  //进程所运行的可执行文件的格式
  int exit_code, exit_signal;
  intpdeath_signal;    //父进程终止是向子进程发送的信号
  unsigned longpersonality;
  //Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
  intdid_exec:1; 
  pid_tpid;    //进程标识符,用来代表一个进程
  pid_tpgrp;   //进程组标识,表示进程所属的进程组
  pid_t tty_old_pgrp;  //进程控制终端所在的组标识
  pid_tsession;  //进程的会话标识
  pid_t tgid;
  intleader;     //表示进程是否为会话主管
  struct task_struct*p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
  struct list_head thread_group;  //线程链表
  struct task_struct*pidhash_next; //用于将进程链入HASH表
  struct task_struct**pidhash_pprev;
  wait_queue_head_t wait_chldexit;  //供wait4()使用
  struct completion*vfork_done;  //供vfork()使用
  unsigned long rt_priority; //实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值
   
  //it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies,系统根据it_real_value
  //设置定时器的第一个终止时间.在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据
  //it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。
  //当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送
  //信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.
  //it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种
  //状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据
  //it_virt_incr重置初值。
  unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
  unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
  struct timer_listreal_timer;   //指向实时定时器的指针
  struct tmstimes;     //记录进程消耗的时间
  unsigned longstart_time;  //进程创建的时间
  //记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
  longper_cpu_utime[NR_CPUS],per_cpu_stime[NR_CPUS]; 
  //内存缺页和交换信息:
  //min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copyon　Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换
  //设备读入的页面数）；nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。
  //cmin_flt, cmaj_flt,cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。
  //在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
  unsignedlong min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
  int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
  //进程认证信息
  //uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gid
  //euid，egid为有效uid,gid
  //fsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件
  //系统的访问权限时使用他们。
  //suid，sgid为备份uid,gid
  uid_t uid,euid,suid,fsuid;
  gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
  int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
  gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组
  //进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
  kernel_cap_tcap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
  int keep_capabilities:1;
  struct user_struct *user;
  struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];  //与进程相关的资源限制信息
  unsigned shortused_math;   //是否使用FPU
  charcomm[16];   //进程正在运行的可执行文件名
   //文件系统信息
  int link_count, total_link_count;
  //NULL if no tty进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空
  struct tty_struct*tty;
  unsigned int locks;
  //进程间通信信息
  struct sem_undo*semundo;  //进程在信号灯上的所有undo操作
  struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
  //进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
  structthread_struct thread;
    //文件系统信息
  struct fs_struct *fs;
    //打开文件信息
  struct files_struct *files;
    //信号处理函数
  spinlock_t sigmask_lock;
  struct signal_struct *sig; //信号处理函数
  sigset_t blocked;  //进程当前要阻塞的信号，每个信号对应一位
  struct sigpendingpending;  //进程上是否有待处理的信号
  unsigned long sas_ss_sp;
  size_t sas_ss_size;
  int (*notifier)(void *priv);
  void *notifier_data;
  sigset_t *notifier_mask;
  u32 parent_exec_id;
  u32 self_exec_id;
   
  spinlock_t alloc_lock;
  void *journal_info;
  };
  

  • 标识相关：pid，ppid等等
  • 文件相关：进程需要记录打开的文件信息，于是需要文件描述符表
  • 内存相关：内存指针，指向进程的虚拟地址空间（用户空间）信息
  • 优先级相关：进程相对于其他进程的调度优先级
  • 上下文信息相关：CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容，当内核需要切换到另一个进程时，需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，能够恢复切换时的状态，继续执行。
  • 状态相关：进程当前的状态，说明该进程处于什么状态
  • 信号相关：进程的信号处理函数，以及记录当前进程是否还有待处理的信号
  • I/O相关：记录进程与各种I/O设备之间的交互

• 每个进程的内核空间中都有PCB，但真正的PCB是存储在物理内存上的，当进程创建和销毁时，会由操作系统操作PCB，每个进程只是虚拟地址空间，并不会存储实际数据，数据存储在物理内存中，只有一份。