PCB(进程控制块)--‘task_struct’

Posted 2020-07-19

       在介绍PCB（进程控制块）前，先实现一个‘进度条’，然后根据编写的程序，分析PCB的具体实现原理。‘进度条’的功能是能够在一行中显示出来，同时进度条中有动态的增长变化，能够知道进度条中的比率，同时也需要能够将

显示的知道程序是否正在执行。

 

◆下面是编写的程序：

      ●利用‘=’来动态的显示进度条的变化，通过使用“|/-\\”来表示程序运行的状态，如果想要将进度条进行动态的增长，输出缓冲区是遇到‘\n’时，系统会将缓冲区的内容进行输出，但是在编写缓冲区的程序中，使用‘\n’肯定是不行的，因为每次缓冲区会将内容进行输出，就达不到动态增长的目的，这就需要使用‘\r‘，‘\r’和‘\n’是不一样的，前者是进行回车，后者是进行换行。使用‘\r’能够控制缓冲区的输出，在恰当的时候使用fflush对缓冲区进行强制输出。

◆下面是其运行的结果：

注：编译的详细过程见上篇博客

        程序在vim中编译的过程已经详细的介绍过了，make和makefile的区别也知道了，但是操作系统到底是如何进行工作的？进程又是怎么回事？PCB中又包含什么？

       ●操作系统是进行软、硬件管理的软件，操作系统的进行硬件管理时，需要通过驱动程序来进行执行，驱动程序就相当于一个执行者，介于操作系统和硬件之间。操作系统的任务一般都是驱动程序管理、内存管理、进程管理、文件系统管理等。

       ●进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

       ●进程与程序的区别：程序一个二进制文件，进程是把可执行文件加载到内存中。进程除了有二进制文件，还有一套描述其信息的数据结构（进程控制块PCB）

       ●PCB（进程控制块）是用来“描述”一个进程，包含进程的信息，操作系统会将PCB进行连接

◆下面为‘进程’的示意图:

其中：一个进程包括两部分，二进制文件，还有描述其信息的数据结构。

■PCB—task_struct

       在linux 中每一个进程都由task_struct 数据结构定义. task_struct就是一个PCB.当我们调用fork() 时, 系统会为我们产生一个task_struct结构。然后从父进程,那里继承一些数据, 并把新的进程插入到进程树中, 以待进行进程管理。因此了解task_struct的结构对于我们理解任务调度有很大作用。

■下面是task_struct的具体结构：

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
     int sigpending;    //进程上是否有待处理的信号
     mm_segment_t addr_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 for user-thead
     //0-0xFFFFFFFF for kernel-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
     volatile long need_resched;
     int lock_depth;  //锁深度
     long nice;       //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 long sleep_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_head local_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;
     int pdeath_signal;     //父进程终止是向子进程发送的信号
     unsigned long personality;
     
     
     //Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
     int did_exec : 1;
     pid_t pid;    //进程标识符,用来代表一个进程
     pid_t pgrp;   //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_t session;  //进程的会话标识
     pid_t tgid;
     int leader;     //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_list real_timer;   //指向实时定时器的指针
     struct tms times;      //记录进程消耗的时间
     unsigned long start_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
     long per_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（Copy on　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
     unsigned long 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_t cap_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 short used_math;   //是否使用FPU
     char comm[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
     struct thread_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 sigpending pending;  //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;
};

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