第一次作业：深入分析Linux系统进程

Posted 2020-11-02 梁德铭

前言：在现在的操作系统中有很多种，我主要是讲讲Linux操作系统的，首先我们了解一下Linux系统，Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix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。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统。它主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上。这都是参看百度网页上的解释。

1.Linux系统是如何组织进程的？

首先我们了解一下进程是什么？

1.1程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。来自于百度网页上的解释。

1.2Linux 系统创建进程都是用 fork() 系统调用创建子进程由 fork() 系统调用创建的新进程被称为子进程。该函数被调用一次，但返回两次。如果 fork()进程调用成功，两次返回的区别是子进程的返回值是0，而父进程的返回值则是新子进程的进程号。

1,3 Linux的进程控制块为一个由结构task_struct所定义的数据结构，task_struct定义在在/include/ linux/sched.h 中，其中包括管理进程所需的各种信息。

 

 task_struct结构描述

所属头文件include\\linux\\sched.h。

每个进程都会被分配一个task_struct结构，它包含了这个进程的所有信息，

在任何时候操作系统都能跟踪这个结构的信息。

这个结构是linux内核汇总最重要的数据结构，下面我们会详细的介绍。

这个结构的主要信息：

1、进程状态 ,将纪录进程在等待,运行,或死锁

2、调度信息, 由哪个调度函数调度,怎样调度等

3、进程的通讯状况

4、因为要插入进程树,必须有联系父子兄弟的指针, 当然是task_struct型

5、时间信息, 比如计算好执行的时间, 以便cpu 分配

6、标号 ,决定改进程归属

7、可以读写打开的一些文件信息

8、 进程上下文和内核上下文

9、处理器上下文

10、内存信息

以下图片都来自于相关链接上的资料。

 

 

 1. 进程状态（State）

 

进程执行时，它会根据具体情况改变状态 。进程状态是调度和对换的依据。Linux中的进程主要有如下状态

 

 

 

内核表示	含义
TASK_RUNNING	可运行
TASK_INTERRUPTIBLE	可中断的等待状态
TASK_UNINTERRUPTIBLE	不可中断的等待状态
TASK_ZOMBIE	僵死
TASK_STOPPED	暂停
TASK_SWAPPING	换入/换出      Linux进程的状态

 

 

 

 

 

·可运行状态

 

处于这种状态的进程，要么正在运行、要么正准备运行。正在运行的进程就是当前进程（由current所指向的进程），而准备运行的进程只要得到CPU就可以立即投入运行，CPU是这些进程唯一等待的系统资源。系统中有一个运行队列（run_queue），用来容纳所有处于可运行状态的进程，调度程序执行时，从中选择一个进程投入运行。在后面我们讨论进程调度的时候，可以看到运行队列的作用。当前运行进程一直处于该队列中，也就是说，current总是指向运行队列中的某个元素，只是具体指向谁由调度程序决定。

 

·等待状态

 

处于该状态的进程正在等待某个事件（event）或某个资源，它肯定位于系统中的某个等待队列（wait_queue）中。Linux中处于等待状态的进程分为两种：可中断的等待状态和不可中断的等待状态。处于可中断等待态的进程可以被信号唤醒，如果收到信号，该进程就从等待状态进入可运行状态，并且加入到运行队列中，等待被调度；而处于不可中断等待态的进程是因为硬件环境不能满足而等待，例如等待特定的系统资源，它任何情况下都不能被打断，只能用特定的方式来唤醒它，例如唤醒函数wake_up（）等。

 

·暂停状态

 

此时的进程暂时停止运行来接受某种特殊处理。通常当进程接收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN或 SIGTTOU信号后就处于这种状态。例如，正接受调试的进程就处于这种状态。

 

·僵死状态

 

进程虽然已经终止，但由于某种原因，父进程还没有执行wait()系统调用，终止进程的信息也还没有回收。顾名思义，处于该状态的进程就是死进程，这种进程实际上是系统中的垃圾，必须进行相应处理以释放其占用的资源。

2.那进程状态是如何转化的呢？

该图片来源网络截图 

3.进程是如何调度？

在现代操作系统中，我们是不能够通过让一个进程去对应一个核心，这就表示这时候管理进程就需要添加一个能够控制它的管理单元。即是进程调度器。

调度器分配的CPU时间不能太长，否则会导致其他的程序响应延迟，难以保证公平性。

调度器分配的时间也不能太短，每次调度会导致上下文切换，这种切换开销很大。

调度器的结构：

进程调度并不是什么时候都可以，前面也说过，系统会有一个周期调度器，根据频率自动调用schedule_tick函数。其主要作用就是根据进程运行时间触发调度；在进程遇到资源等待被阻塞也可以显示的调用调度器函数进行调度；另外在有内核空间返回到用户空间时，会判断当前是否需要调度，在进程对应的thread_info结构中，有一个flag，该flag字段的第二位（从0开始）作为一个重调度标识TIF_NEED_RESCHED，当被设置的时候表明此时有更高优先级的进程，需要执行调度。另外目前的内核支持内核抢占功能，在适当的时机可以抢占内核的运行。

 

 

4.对于Linux系统进程模型的看法：

每个系统都相似之处也·有其不同之处。LINUX的核心就是UNIX。UNIX还有很多其他的分衍操作系统。

系统进程的状态就在各种不同的小状态中不断的切换，不断唤醒或者停止某一个状态。还有不可能让一个进程去对一个核心，这样就得需要一小助手去帮助管理一下即进程调度器，想要了解更多还的深入研究。

参考链接

https://www.cnblogs.com/ck1020/p/6089970.html

https://www.cnblogs.com/hanxiaoyu/p/5549212.html

https://blog.csdn.net/wodeqingtian1234/article/details/54178770

https://blog.csdn.net/myarrow/article/details/7035684