我就看看操作系统的书，不要求看懂，进程篇

Posted 2020-07-09

进程管理和调度

进程类型：二进制代码的应用程序、单线程、分配给应用程序的资源；新进程是fork和exec系统调用产生，还有clone用于实现线程。

命名空间：

概念

C++的命名空间给了用户不同的接口界面。在虚拟化的系统中，一台物理计算机可以运行多个内核。全部资源都通过命名空间抽象起来。本质上，命名空间建立了系统的不同视图。

实现

UTS命名空间，用户命名空间

进程ID号

UNIX进程总是会分配一个号码用于在其命名空间唯一地标识它们，该号码被称作进程ID号，简称PID。

进程ID

除了PID，还有其他的几个ID。

命名空间增加了PID管理的复杂性。

管理PID

内核需要找一个办法来管理所有命名空间内部的局部变量，以及其他ID。

数据结构

函数

生成唯一的PID

为跟踪已经分配和仍然可用的PID内核使用一个大的位图，其中每个PID由一个比特标识。

2.3.4 进程关系

父进程，子进程

2.4 进程管理相关的系统调用

这部分讨论fork和exec系列系统调用的实现。

通常这些调用不是由应用程序直接发出的，而是通过一个中间层调用，即负责与内核通信的C标准库。

从用户态切换到核心态的方法，依不同的体系结构而各有不同。

就目前而言，将内核视为由C标准库使用的“程序库”即可。（虽然内核是个很复杂的东西，但是这里以库调用的视角来看，瞬间就简单了许多，就像java调用包一样简单。）

2.4.1 进程复制

传统的UNIX中用于复制进程的系统调用是fork，但是Linux实现了3个。

（1）fork是重量级调用，创建父进程的一个完整副本

（2）vfork，父子进程间共享数据

（3）clone，产生线程，父子进程之间的共享、复制进行精确控制。

1. 写时复制

复制数据时，进程通常只使用了其内存页的一小部分。（那你怎么知道该复制哪一部分呢？）

2. 执行系统调用

fork、vfork和clone的系统调用的入口点分别是sys_fork、sys_vfork和sys_clone函数。上述函数的任务是从处理器寄存器中提取由用户空间提供的信息，调用体系结构无关的do_fork函数，后者负责进程复制。（这个后者指的是do_fork吧？）

3. do_fork的实现

所有3个fork机制最终都调用了kernel/fork.c中的do_fork（一个体系结构无关的函数）。

4. 复制进程

复制进程的具体工作是在do_fork里面完成。

5. 创建线程时特别问题

用户空间线程库使用clone系统调用来生成新线程。但有一点应该记住，在Linux内核中，线程和一般进程之间的差别不是那么刚性，这两个名词经常用作同义词。

2.4.2 内核线程

内核线程是直接由内核本身启动的进程。

内核线程实际上将内核函数委托给独立的进程，与系统中其他进程“并行”执行。

2.4.3 启动新程序

1. execve实现

该系统调用的入口点是体系结构相关的sys_execve函数，该函数很快将其工作委托给系统无关的进程do_execve例程。

search_binary_handler用于在do_execve结束时查找一种适当的二进制格式，用于所要执行的特定文件。

2. 解释二进制格式

2.4.4 退出进程

进程必须用exit系统调用终止，使得内核有机会将该进程使用的资源释放回系统。

该调用的入口点是sys_exit函数，需要一个错误码作为其参数，以便退出进程。其定义是体系结构无关的，见kernel/exit.c。我们对其实现没什么兴趣，因为它很快将工作委托给do_exit。

简而言之，该函数的实现就是将各个引用计数器减1，如果引用计数器归0而没有进程再使用对应的结构，那么将相应的内存区域返还给内存管理模块。

2.5 调度器的实现

内存中保存了对每个进程唯一描述，并通过若干结构与其他进程连接起来。调度器面对的情形就是这样，其任务是在程序之间共享CPU时间，创造并行执行的错觉。正如以上的讨论，该任务分为两个不同的部分：一个涉及调度策略，另一个设计上下文切换。