进程之进程控制块与虚拟地址空间

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了进程之进程控制块与虚拟地址空间相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

1.进程概念

  在用户层面,进程是一次程序的动态运行实例,

  在操作系统层面,进程是操作系统进行资源调度和分配的基本单位,每一个进程都有自己独立的地址空间和运行状态。

操作系统为进程创建了一系列的数据结构来管理进程。操作系统会为每个进程创建一个虚拟地址空间和进程控制块。

2.虚拟地址空间

  在32位操作系统下,一个进程最多可以拥有4G的内存空间,在早期的计算机系统中,将程序直接加载到内存,也就是说,

程序所访问到的地址空间就是真实的内存空间,当有多个进程同时执行时,先将一个进程全部加载内存,然后,在剩下的内存

中取空间分配给其他进程。

  这样的分配方式存在很大问题,首先地址空间不隔离,使得A进程完全可能修改B进程的数据,同时,内存的利用率极低。

这时引入了虚拟地址空间的概念,为每一个进程创建一个虚拟的地址空间,在32位系统下,虚拟空间的大小为4G,然后使用

页表机制将虚拟地址映射到实际物理地址

  虚拟地址实现了多进程之间的地址空间隔离,任何一个进程不会干扰到其他进程的运行,同时,地址空间的映射由操作系统

完成,提高了空间利用率。

  linux下,地址空间分为5段,地址空间从高到低为

  1.内核区:内核空间为操作系统内核保留,不允许应用程序对内核空间进行读写

  2.栈区:栈向下生长,保存局部变量,函数参数,返回地址等

  3.内存映射段:

  4.堆区:堆向上生长,保存动态开辟的空间

  5.BSS段:未初始化或者初始化为0的全局变量和局部静态变量

  6.数据段:已初始化且初始化为非0的全局变量和局部静态变量

  7.代码段:可执行代码,字符串字面值,只读变量

  8.保留区:位于虚拟空间最底层,未赋予物理地址,对它的引用是违法操作,此处收到操作系统保护而用户无权访问,这也是为什

么C语言将空指针设置为0,地址0在保留区,一般不会指向有效数据。

3.task_struct

  linux操作系统使用task_struct管理进程,换句话说,在内核层面,它看不到各种应用程序,各种运行中的进程,它看到的是一个个

task_struct。一个进程对应一个task_struct,操作系统使用链式结构将一个个task_struct管理起来。task_struct中的数据成员标识了

进程的所有信息。

1.进程状态  

volatile long state;  
int exit_state; 

  state的取值标识了进程的当前状态,包括运行,阻塞,僵死等等。

2.进程pid

pid_t pid;  
pid_t tgid; 

  进程pid标识进程编号

3.进程内核栈  

 void *stack;  

4.标记  

unsigned int flags;

5.标识进程亲属关系的成员  

 struct task_struct *real_parent; /* real parent process */  
 struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */  
 struct list_head children;  /* list of my children */  
 struct list_head sibling;   /* linkage in my parent‘s children list */  
 struct task_struct *group_leader;   /* threadgroup leader */  

6.performance Event

 #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS  
     struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts];  
     struct mutex perf_event_mutex;  
     struct list_head perf_event_list;  
 #endif  

 分析进程的性能问题

7.进程调度

int prio, static_prio, normal_prio;  
unsigned int rt_priority;  
const struct sched_class *sched_class;  
struct sched_entity se;  
struct sched_rt_entity rt;  
unsigned int policy;  
cpumask_t cpus_allowed; 

 

4.进程状态

进程的基本状态为以下三种

  1.就绪状态:进程已经获得除过cpu之外的所有资源,只要获得cpu,就可以立即执行,通常处于就绪状态的进程被存放在

就绪队列中

  2.执行状态:进程获得cpu,程序在执行状态

  3.阻塞状态:进程因为某些事件暂时无法继续执行时,便放弃处理机而处于暂停状态。

在linux系统中,进程的具体状态为;
  R :运行状态:就绪态和执行状态

  S :可中断睡眠状态,进程处于等待状态,当进程需要的资源被释放时,进程转为运行态。

  D :不可中断睡眠状态:进程处于等待状态,只能用wake_up()函数唤醒

  Z:退出状态,进程已经终止,但父进程还未回收进程的资源。

 

以上是关于进程之进程控制块与虚拟地址空间的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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