進程的詳細解釋
進程的定義
- 狹義定義:進程是正在運行的程序的實例
- 廣義定義:進程是一個具有一定獨立功能的程序關於某個數據集合的一次運行活動。它是操作系統動態執行的基本單元,在傳統的操作系統中,進程既是基本的分配單元,也是基本的執行單元
- 通俗的觀念:程序的一個執行實例,或正在執行的程序。
- 內核的觀點:擔當分配系統資源(CPU時間和內存)的實體。
- 進程就是操作系統的描述,這個描述叫PCB(進程控制塊),Linux下PCB有自己的名字叫task_struct.而操作系統就是使用task_struct結構體描述進程,使用雙向鏈表來將這些結構體組織起來進行管理
操作系統引入進程的概念的原因:
- 從理論角度看,是對正在運行的程序過程的抽象;
- 從實現角度看,是一種數據結構,目的在於清晰地刻畫動態系統的內在規律,有效管理和調度進入計算機系統主存儲器運行的程序。
描述進程-PCB(進程控制塊)
- 操作系統是如何運行計算機上的這麼多資源呢?這個要說一下cpu的分時處理機制,也就是說,每一個應用軟件只在計算機上處理很短的一段時間(稱之爲時間片),處理完之後就切換到下一個程序,那麼問題來了,剛纔處理的程序就會被覆蓋掉了,走了一圈再回來的時候,就找不到第一個處理的程序了,那怎麼辦呢?我們可以通過先描述再組織的這種思路進行管理
- 進程信息被放在一個叫做進程控制塊的數據結構中,可以理解爲進程屬性的集合。
- 課本上稱之爲PCB(process control block),Linux操作系統下的PCB是: task_struct
- 進程實際上就是一個運行中的程序的描述,也就是pcb,通過這個描述可以實現一個程序的運行調度管理
- pcb就是描述程序運行的一堆數據,也是放在內存中的
task_struct-PCB的一種
- 在Linux中描述進程的結構體叫做task_struct。
- task_struct是Linux內核的一種數據結構,它會被裝載到RAM(內存)裏並且包含着進程的信息。
task_ struct內容分類
- 標示符: 描述本進程的唯一標示符,用來區別其他進程。
- 狀態: 任務狀態,退出代碼,退出信號等。
- 優先級: 相對於其他進程的優先級。
- 程序計數器: 程序中即將被執行的下一條指令的地址。
- 內存指針: 包括程序代碼和進程相關數據的指針,還有和其他進程共享的內存塊的指針
- 上下文數據: 進程執行時處理器的寄存器中的數據[休學例子,要加圖CPU,寄存器]。
- I/O狀態信息: 包括顯示的I/O請求,分配給進程的I/O設備和被進程使用的文件列表。
- 記賬信息:包括處理器的時間總和,記賬號等等。
操作系統對進程的控制就是通過對上面的這些元素的控制來控制操作系統的,但這些信息都不是單獨存放的,而是存放在一個叫做PCB(進程控制塊)數據結構中,這個數據結構是一種結構體,由操作系統創建和管理,這個結構體的名稱就是 task_struct,下面我們就通過了解一下task_struct來看一看操作系統是怎麼通過進程控制塊來對進程進行控制和調度的吧
struct task_struct
{
volatile long state;
unsigned long flags;
int sigpending;
mm_segment_t addr_limit;
volatile long need_resched;
int lock_depth;
long nice;
unsigned long policy;
struct mm_struct *mm;
int processor;
unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
struct list_head run_list;
unsigned long sleep_time;
struct task_struct *next_task, *prev_task;
struct mm_struct *active_mm;
struct list_head local_pages;
unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
struct linux_binfmt *binfmt;
int exit_code, exit_signal;
int pdeath_signal;
unsigned long personality;
int did_exec:1;
pid_t pid;
pid_t pgrp;
pid_t tty_old_pgrp;
pid_t session;
pid_t tgid;
int leader;
struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
struct list_head thread_group;
struct task_struct *pidhash_next;
struct task_struct **pidhash_pprev;
wait_queue_head_t wait_chldexit;
struct completion *vfork_done;
unsigned long rt_priority;
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;
struct tms times;
unsigned long start_time;
long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
int swappable:1;
uid_t uid,euid,suid,fsuid;
gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
int ngroups;
gid_t groups[NGROUPS];
kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
int keep_capabilities:1;
struct user_struct *user;
struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];
unsigned short used_math;
char comm[16];
int link_count, total_link_count;
struct tty_struct *tty;
unsigned int locks;
struct sem_undo *semundo;
struct sem_queue *semsleeping;
struct thread_struct thread;
struct fs_struct *fs;
struct files_struct *files;
spinlock_t sigmask_lock;
struct signal_struct *sig;
sigset_t blocked;
struct sigpending pending;
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;
};