进程，PCB，task_struct

我就是我 2022-06-03 08:53 241阅读 0赞

**１.进程的概念**  
**2.进程控制块PCB**  
**3.linux中的task\_struct**

#### 一.进程的概念: ####

（1）进程是保证多个程序能够并发执行的过程。是处于执行期的程序以及它所管理的资源（如打开的文件、挂起的信号、进程状态、地址空间等等）的总称。

注意，程序并不是进程，实际上两个或多个进程不仅有可能执行同一程序，而且还有可能共享地址空间等资源。

（2）要使程序能够并发执行，那么，就需要为它配置相应的控制结构，即进程控制块（PCB），用来控制进程状态，控制进程运行的全部信息；  
（3）独立运行的实体（进程实体）=程序+相关数据+进程控制块（PCB）；  
（4）进程实体运行的过程，就是一个进程；  
（5）在未引入线程时，进程是系统资源分配的基本单位，是独立调度，独立运行的基本单位，  
引入线程之后，进程的属性发生分离，此时，进程只是资源分配的基本单位，线程处理调度机制；  
（6）进程的特征：  
1，动态性  
2，并发性  
3，独立性  
4，异步性  
5，共享性

#### 二.进程控制块PCB ####

![图一][SouthEast]  
（１）队列：由于不同状态的PCB 可以链接成不同的队列，故而就三种进程队列：运行队列，就绪队列，阻塞队列

例如：在单处理机系统中：

`运行队列只有一个 就绪队列按照优先级或者ＦＩＦＯ（先进先出）的原则排队 堵塞队列：一般有多个同时存在，　处于不同的等待状态`

（２）链接方式：利用PCB中的链接指针将具有相同状态的PCB链接成一个队列，则有单向链接和双向链接

1，单向链接：每个PCB中只设置一个链接指针  
2，双向链接：每个PCB设置两个链接指针，一个指向当前PCB的前一个PCB，另一个指向后一个PCB。

（３）索引方式：在内存中具有相同状态的ＰＣＢ建立相应的索引表，同一状态的每个PCB在该表中对应一个索引项，并记录PCB 在内存中的首地址，并将索引表在内部中的首地址记录在内核专门的指针单元中。

![图二][SouthEast 1]

（４）挂起状态：又称静止状态，系统在运行过程中，资源有限，在资源不足时，会将部分进程暂时调出，转到外存，当条件允许时，再将重新调入内存。  
（５）进程控制：｛１，创建进程；２，撤销进程；３，进程状态｝

１，如何创建进程：  
（Ａ）申请空闲的PCB  
（Ｂ）为新进程分配内存资源  
（Ｃ）为新进程分配其他必要资源  
（Ｄ）初始化PCB  
（Ｅ）将新进程插入到就绪队列  
1.1常见的典型有：  
（ａ）提交批处理作业  
（ｂ）用户登录  
（ｃ）提供服务  
（ｄ）应用进程请求

２，如何进程撤销：  
（Ａ）进程正常结束；－－－〉生老病死  
（Ｂ）进程异常结束－－－－〉自杀  
（Ｂ１）越界错误  
（Ｂ２）非法指令  
（Ｂ３）运行超时  
（Ｂ４）等待超时  
（Ｂ５）算术运算错误  
（Ｃ）外界干预。－－－〉它杀

#### 三：linux 中的进程 ####

（１）在linux中，task\_struct相当于这里的程序控制块（PCB）

Linux内核通过一个被称为进程描述符的task\_struct结构体来管理进程，这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。

**１.task\_struct结构描述**

##### 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，如表3.1所示  
![图三][SouthEast 2]  
表3.1

**2.如何查看进程：**  
在linux中，进程的信息可以通过./proc查看，但是，，前提是在超级用户下，即\#/proc系统文件夹查看。  
如下所示，查看当前进程：  
![图五][SouthEast 3]

同样，也可使用top来获取进程信息：  
直接在终端输入top即可，按q退出

![图六][SouthEast 4]

**3.进程的状态：**

（１） 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，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，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。

（２）等待状态

处于该状态的进程正在等待某个事件或某个资源，它位于系统中的某个等待队列中。

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能被信号唤醒，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；

⊙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。  
】

（３）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。

（４）僵尸状态

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.进程调度信息 #####

调度程序利用这部分信息决定系统中哪个进程最应该运行，并结合进程的状态信息保证系统运转的公平和高效。这一部分信息通常包括进程的类别（普通进程还是实时进程）、进程的优先级等等。如下所示：  
![图四][SouthEast 5]

在系统中，父进程通过使用fork()，创建子进程。  
**创建进程：**  
fork()调用，不待任何参数时，内核将进行以下操作：  
（１）在进程表中为新进程申请一个表项  
（２）为新进程分配一个唯一的PID（进程标识符）  
（３）将父进程的现场及地址空间为新进程作一个拷贝  
（４）将父，子进程共享文件，故增加文件和索引节点的引用计数  
（５）将子进程的状态设置为ready to run  
（６）将子进程的PID返回给父进程，将０返回给子进程

查看程序：  
![图七][SouthEast 6]

查看结果：

![图八][SouthEast 7]  
struct的可能取值：

#define TASK_RUNNING        0    
    #define TASK_INTERRUPTIBLE  1    
    #define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2    
    #define __TASK_STOPPED      4    
    #define __TASK_TRACED       8    
    
    #define EXIT_ZOMBIE     16
    #define EXIT_DEAD       32

##### 3.标识符（Identifiers） #####

每个进程有进程标识符、用户标识符、组标识符，如表4.4所示。

每个进程都有一个唯一的标识符，内核通过该标识符来识别不同的进程，同时，进程标识符PID也是内核提供给用户程序的接口，用户程序通过PID对进程发号施令。PID是32位的无符号整数，它被顺序编号：新创建进程的PID通常是前一个进程的PID加1。然而，为了与16位硬件平台的传统Linux系统保持兼容，在Linux上允许的最大PID号是32767，当内核在系统中创建第32768个进程时，就必须重新开始使用已闲置的PID号。  
![图九][SouthEast 8]

##### 4. 进程通信有关信息 #####

为了使进程能在同一项任务上协调工作，进程之间必须能进行通信即交流数据。

Linux支持多种不同形式的通信机制。它支持典型的Unix 通信机制：信号、管道，也支持System V 通信机制：共享内存、信号量和消息队列。  
![SouthEast 9][]

##### 5.进程的地址空间分布，代码验证： #####

![SouthEast 10][]

验证结果：  
![SouthEast 11][]

说明：task\_struct结构是进程实体的核心，Linux内核通过该结构来控制进程：首先通过其中的调度信息决定该进程是否运行；当该进程运行时，根据其中保存的处理机状态信息来恢复进程运行现场，然后根据虚拟内存信息，找到程序的正文和数据；通过其中的通信信息和其他进程实现同步、通信等合作。几乎所有的操作都要依赖该结构，

所以，task\_struct结构是一个进程存在的唯一标志。

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