进程的详细解释

进程的详细解释

进程的定义

• 狭义定义：进程是正在运行的程序的实例
• 广义定义：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元
• 通俗的观念：程序的一个执行实例，或正在执行的程序。
• 内核的观点：担当分配系统资源（CPU时间和内存）的实体。
• 进程就是操作系统的描述，这个描述叫PCB（进程控制块），Linux下PCB有自己的名字叫task_struct.而操作系统就是使用task_struct结构体描述进程，使用双向链表来将这些结构体组织起来进行管理

操作系统引入进程的概念的原因:

• 从理论角度看，是对正在运行的程序过程的抽象；
• 从实现角度看，是一种数据结构，目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。

描述进程-PCB(进程控制块)

• 操作系统是如何运行计算机上的这么多资源呢?这个要说一下cpu的分时处理机制，也就是说，每一个应用软件只在计算机上处理很短的一段时间(称之为时间片)，处理完之后就切换到下一个程序，那么问题来了，刚才处理的程序就会被覆盖掉了，走了一圈再回来的时候，就找不到第一个处理的程序了，那怎么办呢？我们可以通过先描述再组织的这种思路进行管理
• 进程信息被放在一个叫做进程控制块的数据结构中，可以理解为进程属性的集合。
• 课本上称之为PCB（process control block），Linux操作系统下的PCB是: task_struct
• 进程实际上就是一个运行中的程序的描述，也就是pcb，通过这个描述可以实现一个程序的运行调度管理
• pcb就是描述程序运行的一堆数据，也是放在内存中的

task_struct-PCB的一种

• 在Linux中描述进程的结构体叫做task_struct。
• task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM(内存)里并且包含着进程的信息。

task_ struct内容分类

• 标示符: 描述本进程的唯一标示符，用来区别其他进程。
• 状态: 任务状态，退出代码，退出信号等。
• 优先级: 相对于其他进程的优先级。
• 程序计数器: 程序中即将被执行的下一条指令的地址。
• 内存指针: 包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
• 上下文数据: 进程执行时处理器的寄存器中的数据[休学例子，要加图CPU，寄存器]。
• I／O状态信息: 包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备和被进程使用的文件列表。
• 记账信息:包括处理器的时间总和，记账号等等。

操作系统对进程的控制就是通过对上面的这些元素的控制来控制操作系统的，但这些信息都不是单独存放的，而是存放在一个叫做PCB(进程控制块)数据结构中，这个数据结构是一种结构体，由操作系统创建和管理，这个结构体的名称就是 task_struct，下面我们就通过了解一下task_struct来看一看操作系统是怎么通过进程控制块来对进程进行控制和调度的吧

struct task_struct
{
 //说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
    volatile long state; 
 //Flage 是进程号,在调用fork()时给出
 unsigned long flags; 
 //进程上是否有待处理的信号
 int sigpending;  
 //进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同
 mm_segment_t addr_limit; //0-0xBFFFFFFF for user-thead 
      //0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
                       
 //调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
 volatile long need_resched;
 //锁深度
 int lock_depth; 
 //进程的基本时间片
 long nice;      

 //进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
 unsigned long policy;
 //进程内存管理信息
 struct mm_struct *mm;
 
 int processor;
 //若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
 unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
 //指向运行队列的指针
 struct list_head run_list;
 //进程的睡眠时间
 unsigned long sleep_time; 

 //用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
 struct task_struct *next_task, *prev_task;
 struct mm_struct *active_mm;
 struct list_head local_pages;       //指向本地页面     
 unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
 struct linux_binfmt *binfmt;  //进程所运行的可执行文件的格式
 int exit_code, exit_signal;
 int pdeath_signal;     //父进程终止是向子进程发送的信号
 unsigned long personality;
 //Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
 int did_exec:1;
 pid_t pid;    //进程标识符,用来代表一个进程
 pid_t pgrp;   //进程组标识,表示进程所属的进程组
 pid_t tty_old_pgrp;  //进程控制终端所在的组标识
 pid_t session;  //进程的会话标识
 pid_t tgid;
 int leader;     //表示进程是否为会话主管
 struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
 struct list_head thread_group;   //线程链表
 struct task_struct *pidhash_next; //用于将进程链入HASH表
 struct task_struct **pidhash_pprev;
 wait_queue_head_t wait_chldexit;  //供wait4()使用
 struct completion *vfork_done;  //供vfork() 使用
 unsigned long rt_priority; //实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值
 //it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies, 系统根据it_real_value

 //设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据

 //it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。

 //当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送

 //信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.
 //it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种

 //状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据

 //it_virt_incr重置初值。

 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;   //指向实时定时器的指针
 struct tms times;      //记录进程消耗的时间
 unsigned long start_time;  //进程创建的时间

 //记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
 long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];
 //内存缺页和交换信息:

 //min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copy on　Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换

 //设备读入的页面数）； nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。
 //cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。

 //在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
 unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
 int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
 //进程认证信息
 //uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gid

 //euid，egid为有效uid,gid
 //fsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件

 //系统的访问权限时使用他们。
 //suid，sgid为备份uid,gid
 uid_t uid,euid,suid,fsuid;
 gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
 int ngroups; //记录进程在多少个用户组中
 gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组

 //进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;

 int keep_capabilities:1;
 struct user_struct *user;
 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];  //与进程相关的资源限制信息
 unsigned short used_math;   //是否使用FPU
 char comm[16];   //进程正在运行的可执行文件名
 //文件系统信息
 int link_count, total_link_count;

 //NULL if no tty 进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空
 struct tty_struct *tty;
 unsigned int locks;
 //进程间通信信息
 struct sem_undo *semundo;  //进程在信号灯上的所有undo操作
 struct sem_queue *semsleeping; //当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
 //进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
 struct thread_struct thread;
   //文件系统信息
 struct fs_struct *fs;
   //打开文件信息
 struct files_struct *files;
   //信号处理函数
 spinlock_t sigmask_lock;
 struct signal_struct *sig; //信号处理函数
 sigset_t blocked;  //进程当前要阻塞的信号，每个信号对应一位
 struct sigpending pending;  //进程上是否有待处理的信号
 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;
 };