UNIX_Linux操作系统内核结构6章.pdf

UNIX/Linux操作系统内核是操作系统的核心部分，它负责管理系统资源、调度进程、处理硬件中断以及提供系统调用接口等关键功能。在内核的多个组成部分中，进程结构是一个核心概念，它涉及到进程的状态转换、进程的特征以及进程映像等方面的知识。 进程在UNIX/Linux系统中可以处于不同的状态，这些状态描述了进程在系统中的活动情况。进程的基本状态可以分为运行态、就绪态和睡眠态。其中，运行态指的是进程正在处理机上执行；就绪态意味着进程已经准备好，只等待处理器分配时间片就可以运行；睡眠态则说明进程在等待某个条件的发生，比如等待输入/输出完成或等待资源分配。这三种状态进一步细化可以划分为九种状态，其中包括用户态和核心态的运行，就绪以及等待资源的睡眠状态，还有进程被交换到磁盘上的情况，以及进程创建和结束时的状态。 进程状态之间的转换是有严格规定的，形成了一个有向的状态转换图。例如，处于运行态的进程可能因为执行了系统调用需要等待而进入睡眠态，或者因为时间片用完而被调度到就绪队列中。当进程执行了系统调用exit后，它将进入僵死状态，这个状态下进程已经消亡，但是它的父进程还没有回收它。进程状态的转换是操作系统调度过程中的重要组成部分。 进程的特征主要包括以下几个方面：每个进程在系统中都有唯一的身份标识和状态信息，存储在核心进程表（proc数组）中；每个进程都有自己的“每进程数据区（perprocess data area——ppda）”，用于保存进程的特定信息；处理机是系统中最活跃的部分，它不断地在各个进程之间进行切换；进程可以通过系统调用来生成或消灭另一个进程；进程可以申请并占有资源，但不能跳转到其他进程的指令序列中，也不能访问其他进程的数据和堆栈。 在UNIX/Linux系统中，进程映像是一个关键概念，它包含了进程的存储器映像。当进程被暂时移出处理机时，它的寄存器值被保存为存储器映像的一部分。当进程重新获得处理机时，寄存器值会被恢复，从而继续执行。进程映像通常由四个部分组成：进程控制块（PCB）、共享正文段（TEXT）、数据段（DATA）和栈段。 进程控制块（PCB）是进程存在的标志，其中包含了进程的状态信息。它又可以分为两部分：proc结构和user结构。proc结构包含了一些不论进程是否在处理机上运行都需要查询和修改的控制信息，这些信息构成了进程表中的每一项。user结构则是一些进程不在处理机上运行时不会被查询和处理的信息，是对proc结构的扩充。 共享正文段是指进程执行的程序部分，它由可再入码编写，允许多个进程共享同一段代码。因为正文段通常是只读的，所以它也是不可修改的。 UNIX/Linux操作系统内核中的进程结构涉及了进程的多种状态，这些状态之间的转换构成了进程生命周期的动态变化。进程的特征和进程映像的组成则是系统理解和管理进程的基础。进程控制块（PCB）是管理进程状态和调度进程的关键数据结构，它记录了进程的各种属性和运行时的信息。共享正文段是多个进程能够共享执行代码的机制，它是提高系统效率的一种手段。通过对这些知识点的深入理解和掌握，可以更好地理解UNIX/Linux操作系统的工作原理及其进程管理策略。