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1、LOGO 姓名：姓名：*班级：四班级：四 班班 学号：学号：*Linux内核分析之进程总结内核分析之进程总结Page 2LOGO1.1.1 进程的概念在Linux系统中，进程被赋予了下述特性的含义和特性：一个进程是对一个程序的执行。一个进程的存在意味着存在一个task_struct结构，它包含着相应的进程控制信息。一个进程可以生成或消灭其子进程。一个进程是获得和释放各种系统资源的基本单位。1.1 Linux进程简介进程简介Page 3LOGO1.2 进程的虚拟地址结构进程的虚拟地址结构1.2.1 管理每个进程中的区管理每个进程中的区 系统设立了称为系统设立了称为vm_area_struct的数
2、据类型，进程的每个区都对应的数据类型，进程的每个区都对应一个一个vm_area_struct结构，它主要包括下列内容：结构，它主要包括下列内容：n区的标志位，指明该区的类型以及是否被锁住，是否可共享等属性。区的标志位，指明该区的类型以及是否被锁住，是否可共享等属性。缺页处理程序会根据地址所在区的标志位查找缺页原因，并做相应处缺页处理程序会根据地址所在区的标志位查找缺页原因，并做相应处理。理。n区的起始地址，结束地址。区的起始地址，结束地址。n共享区域指针，给出共享区共享区域指针，给出共享区 vm_area_struct链表。链表。n文件系统指针，指向外存中与该区对应的数据文件。文件系统指针，指
3、向外存中与该区对应的数据文件。n此区域的操作函数指针。此区域的操作函数指针。Page 4LOGO1.3进程的状态和状态转换进程的状态和状态转换1.3.1 Linux中的五种状态。中的五种状态。nTASK_RUNNING 进程处在执行或就绪状态，表示在进程处在执行或就绪状态，表示在占有占有CPU，或者在就绪队列中等待调度，只要调度到它，或者在就绪队列中等待调度，只要调度到它，就可以投入执行。就可以投入执行。nTASK_INTERRUPTIBLE 进程正在睡眠，但是可以进程正在睡眠，但是可以被软中断信号唤醒。被软中断信号唤醒。nTASK_UNINTERRUPTIBLE 进程正在睡眠，且不可进程正在
4、睡眠，且不可以被软中断信号唤醒。以被软中断信号唤醒。nTASK_STOPPED 表示进程的执行被暂停，当一个进表示进程的执行被暂停，当一个进程受到程受到SIGSTIOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU软软中断信号后进入这个状态。中断信号后进入这个状态。nTASK_ZOMBIE 进程执行了系统调用进程执行了系统调用exit后，进入僵死状后，进入僵死状态。态。Page 5LOGO1.4 进程控制进程控制1.4.1 理解理解Linux系统进程的并发性系统进程的并发性下面介绍一下下面介绍一下fork的功能与实现过程。的功能与实现过程。系统调用系统调用fork通过执行核心程序通过执行核心
5、程序fork过程完成的功能是：过程完成的功能是：n为子进程分配一个进程描述符为子进程分配一个进程描述符task_struct结构，将父进程的进程描结构，将父进程的进程描述符的内容复制到新创建的结构中，并重新设置那些与父进程不同的述符的内容复制到新创建的结构中，并重新设置那些与父进程不同的数据成员。数据成员。n为子进程分配一个唯一的进程标识符号为子进程分配一个唯一的进程标识符号pidn将父进程的地址空间的逻辑副本复制到子进程。将父进程的地址空间的逻辑副本复制到子进程。n复制父进程相联的有关文件系统的数据结构和用户文件描述符表，这复制父进程相联的有关文件系统的数据结构和用户文件描述符表，这样子进程
6、就继承样子进程就继承 了父进程的文件系统相关的信息。了父进程的文件系统相关的信息。n复制软中断信号有关的数据结构。复制软中断信号有关的数据结构。n设备子进程的状态为设备子进程的状态为TASK_RUNNING,把它加入到就绪队列，并启动把它加入到就绪队列，并启动调度程序。调度程序。n对父进程返回子进程的进程标识号，对子进程返回零。对父进程返回子进程的进程标识号，对子进程返回零。Page 6LOGO1.5 进程管理进程管理 Linux是一个多用户多工的操作系统。多用户是指多是一个多用户多工的操作系统。多用户是指多个用户可以在同一时间使用电脑系统；多工是指个用户可以在同一时间使用电脑系统；多工是指L
7、inux可可以同时执行多个任务，它可以在还未执行完一个任务时又以同时执行多个任务，它可以在还未执行完一个任务时又执行另一项任务。执行另一项任务。Linux系统上所有运行的任务都可以称之为一个进程，系统上所有运行的任务都可以称之为一个进程，每个用户任务、每个系统管理守护进程，也都可以称之为每个用户任务、每个系统管理守护进程，也都可以称之为进程。进程。Linux用分时管理方法使所有的任务共同分享系统用分时管理方法使所有的任务共同分享系统资源。我们所关心的是如何去控制这些进程，让它们能够资源。我们所关心的是如何去控制这些进程，让它们能够很好地为用户服务。很好地为用户服务。Linux系统中所有进程都是
8、相互联系的。除了初始化系统中所有进程都是相互联系的。除了初始化进程外，所有进程都有一个父进程。新进程不是被创建，进程外，所有进程都有一个父进程。新进程不是被创建，而是被复制，或者从以前的进程复制而来。而是被复制，或者从以前的进程复制而来。Page 7LOGO1.6 进程调度进程调度1.6.1 进程调度涉及的主要问题进程调度涉及的主要问题n调度的时机。调度的时机。n调度标志设置。调度标志设置。n调度策略与优先数的计算。调度策略与优先数的计算。n调度的实现。调度的实现。Page 8LOGO1.7 进程通信进程通信 Linux中的进程通信分为三个部分：低级通中的进程通信分为三个部分：低级通信、管理通
9、信和进程通信信、管理通信和进程通信IPC（inter-process communication）。）。Linux同时支持计算机间通同时支持计算机间通信（网络通信）用信（网络通信）用TCP/TP协议并提供了相应的系协议并提供了相应的系统调用接口。统调用接口。Page 9LOGO1.8 死锁死锁1.8.1 产生死锁的条件产生死锁的条件1、互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。、互斥条件：一个资源每次只能被一个进程使用。2、请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞、请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已经获得的资源保持不放。时，对已经获得的资源保持不放。3、不剥夺条件：进程已获得的资
10、源，在未使用完、不剥夺条件：进程已获得的资源，在未使用完之前，不能强行剥夺。之前，不能强行剥夺。4、循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。相接的循环等待资源关系。Page 10LOGO1.8.2 死锁的解决和预防方法死锁的解决和预防方法 理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的理解了死锁的原因，尤其是产生死锁的4个个必要条件，就可以最大可能地避免、预防和解除必要条件，就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以，在系统设计、进程调度等方面注意死锁。所以，在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这如何不让这4个必要条件成立，如何确定资源的合个必
11、要条件成立，如何确定资源的合理分配算法，避免进程永久占据系统资源。此外，理分配算法，避免进程永久占据系统资源。此外，也要放在进程在处于等待状态的情况下占用资源，也要放在进程在处于等待状态的情况下占用资源，在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能在系统运行过程中，对进程发出的每一个系统能够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结够满足的资源申请进行动态检查，并根据检查结果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死果决定是否分配资源，若分配后系统可能发生死锁，则不予分配，否则予以分配。因此，对资源锁，则不予分配，否则予以分配。因此，对资源的分配要给予合理的规划。的分配要给予合理的规划。Page 1
12、1LOGO1.9 Linux下的孤儿进程和僵尸进程下的孤儿进程和僵尸进程1.9.1 孤儿进程孤儿进程1.9.2 僵尸进程僵尸进程1.9.3 怎样产生僵尸进程的怎样产生僵尸进程的 1.9.4 怎么查看僵尸进程怎么查看僵尸进程1.9.5 怎样来清除僵尸进程怎样来清除僵尸进程Page 12LOGO1.10 Linux进程的层次关系进程的层次关系 当打开当打开Linux系统，系统，LILO（Linux LOader）找到）找到Linux内核把它加载到内存。它初始化各种硬件，包括磁内核把它加载到内存。它初始化各种硬件，包括磁盘控制器。然后转到保护模式，加载操作系统，执行初始盘控制器。然后转到保护模式，加
13、载操作系统，执行初始化各种内核数据结构的代码，例如化各种内核数据结构的代码，例如inode和文件表。此进和文件表。此进程的程的PID为为0。它启动初试进程（。它启动初试进程（init进程，进程，PID为为1）完成）完成引导过程的其余工作。引导过程的其余工作。init进程启动守护进程进程启动守护进程kflushd、kupdate、kpiod和和kswapd，其，其PID分别为分别为2、3、4、5。Init进程然后初始化文件系统，安装根文件系统。接下来进程然后初始化文件系统，安装根文件系统。接下来试着执行试着执行/sbin/init程序，在每一个激活的终端上执行程序，在每一个激活的终端上执行min
14、egetty进程（经常被称为进程（经常被称为getty进程）。进程）。getty进程设进程设置终端属性，如波特率，这些属性在置终端属性，如波特率，这些属性在/etc/termcap文件文件中都有定义。它显示中都有定义。它显示login:提示符，等待用户登录。提示符，等待用户登录。Page 13LOGO1.11 Linux的一生的一生 对于对于Linux进程的一生，有人做过一个比较形象的比进程的一生，有人做过一个比较形象的比喻：喻：随着一句随着一句fork，一个新的进程呱呱坠地，但他此时是父进，一个新的进程呱呱坠地，但他此时是父进程的一个克隆，随着程的一个克隆，随着exec，新进程脱胎换骨，离家
15、独立，新进程脱胎换骨，离家独立，开始了为人民服务的职业生涯。开始了为人民服务的职业生涯。人总有生老病死，进程也一样，他可以自然死亡，即运行人总有生老病死，进程也一样，他可以自然死亡，即运行到到main函数的最后一个函数的最后一个“”，从容地离我们而去。，从容地离我们而去。当然，他也可以自杀，自杀有当然，他也可以自杀，自杀有2种方式：一种是调用种方式：一种是调用exit函数，一种是在函数，一种是在main函数内使用函数内使用return，无论采用哪一，无论采用哪一种方式，他都可以留下遗书，放在返回值里面保留下来。种方式，他都可以留下遗书，放在返回值里面保留下来。他甚至可以被谋杀，被其他进程通过另外一些手段结束他他甚至可以被谋杀，被其他进程通过另外一些手段结束他的生。进程死掉后，会留下一具僵尸；的生。进程死掉后，会留下一具僵尸；wait和和waitpid充充当了殓尸工，把僵尸推出去火化，使其最终归于无形。当了殓尸工，把僵尸推出去火化，使其最终归于无形。谢谢谢谢观赏观赏！