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Processes(进程)相关介绍

      本章描述进程是什么以及Linux如何创建、管理和删除系统中的进程。

     

    进程执行操作系统中的任务。程序是存放在磁盘上的包括一系列机器代码指令和数据的可执行的映像,因此,是一个被动的实体。进程可以看作是一个执行中的计算机程序。它是动态的实体,在处理器执行机器代码指令时不断改变。处理程序的指令和数据,进程也包括程序计数器和其他CPU的寄存器以及包括临时数据(例如例程参数、返回地址和保存的变量)的堆栈。当前执行的程序,或者说进程,包括微处理器中所有的当前的活动。Linux是一个多进程的操作系统。进程是分离的任务,拥有各自的权利和责任。如果一个进程崩溃,它不应该让系统中的另一个进程崩溃。每一个独立的进程运行在自己的虚拟地址空间,除了通过安全的核心管理的机制之外无法影响其他的进程。

     

    在一个进程的生命周期中它会使用许多系统资源。它会用系统的CPU执行它的指令,用系统的物理内存来存储它和它的数据。它会打开和使用文件系统中的文件,会直接或者间接使用系统的物理设备。Linux必须跟踪进程本身和它使用的系统资源以便管理公平地管理该进程和系统中的其他进程。如果一个进程独占了系统的大部分物理内存和CPU,对于其他进程就是不公平的。

     

    系统中最宝贵的资源就是CPU。通常系统只有一个。Linux是一个多进程的操作系统。它的目标是让进程一直在系统的每一个CPU上运行,充分利用CPU。如果进程数多于CPU(多数是这样),其余的进程必须等到CPU被释放才能运行。多进程是一个简单的思想:一个进程一直运行,直到它必须等待,通常是等待一些系统资源,等拥有了资源,它才可以继续运行。在一个单进程的系统,比如DOS,CPU被简单地设为空闲,这样等待的时间就会被浪费。在一个多进程的系统中,同一时刻许多进程在内存中。当一个进程必须等待时操作系统将CPU从这个进程拿走,并将它交给另一个更需要的进程。是调度程序选择了

    下一次最合适的进程。Linux使用了一系列的调度方案来保证公平。

     

    Linux支持许多不同的可执行文件格式,ELF是其中之一,Java是另一个。Linux必须透明地管理这些文件,因为进程使用系统的共享的库。

     

    4.1 Linux Processes(Linux的进程)

     

    Linux中,每一个进程用一个task_strUCt(在Linux中task和process互用)的数据结构来表示,用来管理系统中的进程。Task向量表是指向系统中每一个task_struct数据结构的指针的数组。这意味着系统中最大进程数受task向量表的限制,缺省是512。当新的进程创建的时候,从系统内存中分配一个新的task_struct,并增加到task向量表中。为了更容易查找,用current指针指向当前运行的进程。


    参见include/linux/sched.h

     

    除了普通进程,Linux也支持实时进程。这些进程必须对于外界事件迅速反应(因此叫做“实时”),调度程序必须和普通用户进程区分对待。虽然task_struct数据结构十分巨大、复杂,但是它的域可以分为以下的功能:

     

    State 进程执行时它根据情况改变状态(state)。Linux进程使用以下状态:(这里漏掉了SWAPPING,因为看来没用到)

    Running 进程在运行(是系统的当前进程)或者准备运行(等待被安排到系统的一个CPU上)

    Waiting 进程在等待一个事件或资源。Linux区分两种类型的等待进程:可中断和不可中断的(interruptible and uninterruptible)。可中断的等待进程可以被信号中断,而不可中断的等待进程直接等待硬件条件,不能被任何情况中断。

    Stopped 进程停止了,通常是接收到了一个信号。正在调试的进程可以在停止状态。

    Zombie 终止的进程,因为某种原因,在task 向量表重任旧有一个task_struct数据结构的条目。就想听起来一样,是一个死亡的进程。

     

    Scheduling Information 调度者需要这个信息用于公平地决定系统中的进程哪一个更应该运行。

    Identifiers 系统中的每一个进程都有一个进程标识符。进程标识符不是task向量表中的索引,而只是一个数字。每一个进程也都有用户和组(user and group)的标识符。用来控制进程对于系统中文件和设备的访问。

    Inter-Process Communication Linux支持传统的UNIX-IPC机制,即信号,管道和信号灯(semaphores),也支持系统V的IPC机制,即共享内存、信号灯和消息队列。关于Linux支持的IPC机制在第5章中描述。

    Links 在Linux系统中,没有一个进程是和其他进程完全无关的。系统中的每一个进程,除了初始的进程之外,都有一个父进程。新进程不是创建的,而是拷贝,或者说从前一个进程克隆的(cloned)。每一个进程的task_struct中都有指向它的父进程和兄弟进程(拥有相同的父进程的进程)以及它的子进程的的指针。在Linux系统中你可以用pstree命令看到正在运行的进程的家庭关系。

     

    init(1)-+-crond(98)

    -emacs(387)

    -gpm(146)

    -inetd(110)

    -kerneld(18)

    -kflushd(2)

    -klogd(87)

    -kswapd(3)

    -login(160)---bash(192)---emacs(225)

    -lpd(121)

    -mingetty(161)

    -mingetty(162)

    -mingetty(163)

    -mingetty(164)

    -login(403)---bash(404)---pstree(594)

    -sendmail(134)

    -syslogd(78)

    `-update(166)

     

    另外系统中的所有的进程信息还存放在一个task_struct数据结构的双向链表中,根是init进程。这个表让Linux可以查到系统中的所有的进程。它需要这个表以提供对于ps或者kill等命令的支持。


 

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