进程、PCB_os pcb里面有什么-优快云博客

进程、PCB与进程分配资源（摘抄）

进程

组成:

程序代码 : 描述了进程需要完成的功能。
数据集和栈 : 数据集、栈：程序在执行时所需要的数据和工作区。
进程控制块（Process Control Block）:包含进程的描述信息和控制信息，它是进程存在的唯一标识。

调度算法

进程之间需要竞争资源，一般都是竞争 CPU 资源，因为 CPU 运行速度太快了，其他介质都赶不上。

1.FCFS(先来先服务)

最先进入就绪队列的进程，先运行，运行到完成或者阻塞时，再重新调度。一般情况下，这种调度算法会和优先级策略结合，比如每个优先级一条队列，每条队列中的调度都使用 FCFS。
特点：简单、比较偏于长进程、相对于其他调度算法平均周转时间长。

2.RR(轮转)

进程按提交顺序存在就绪队列，依次轮流占用 CPU 资源，运行一段固定的时间，时间到后如果还没执行完，就继续进入就绪队列队尾，排队等待下次执行。
特点：公平、对进程的响应时间较短。

3、SPN

Shortest Process Next（最短进程优先）：将预期占用运行时间最短的进程优先执行，直到运行完成或阻塞时，再重新调度。
特点：有利于短进程。

4.SRT

Shortest Remaining Time（最短剩余时间优先）：新进程进来时，如果新进程的预计运行时间比当前进程的剩余运行时间更短，就会抢占当前进程。
特点：有利于短进程，和 SPN 的差别在于抢占这个一点，因为抢占，所以效率会比 SPN 好一些。

5.HRRN

Highest Response Ratio Next（最高响应比优先）：当前运行的进程完成或者阻塞时发生调度，每次调度前，计算所有就绪进程的响应比，响应比高的进程优先运行。
相应比公式：
在这里插入图片描述
有利于短进程，服务时间相同的进程，先来的服务会优先执行，长进程因为在等待的过程中，优先级越来越高，所以不会一直不执行。

6.FB

FeedBack(反馈)：由多个就绪队列组成的反馈机制，它有如下规则：
1.在同一个队列的进程，按 FCFS 算法调度，最后一个就绪队列按 RR 算法调度；
2.优先级越高的队列，时间片越小；
3.进程在一个时间片内未运行完，则降到下一个队列末尾；
4.只有上级队列无就绪进程时，才运行本级就绪队列，本级就绪队列无进程时，才运行下级就绪队列，以此类推;
进程执行过程如下:
在这里插入图片描述
特点：短进程有非常大的优势，排在前面的队列都是时间较短的。

进程状态

1.Read（就绪态）：进程已得到除 CPU 以外的其他所需资源。
2.Running（运行态）：进程的指令正被执行。
3.Blocked（阻塞态）：进程正等待资源或某事件发生。
4.New（新建态）：进程正被创建。分配内存后将被设为就绪态。
5.Exit（退出态）：进程已正常结束或出现异常结束。回收资源。
三态图示关系如下：
在这里插入图片描述
说明： 就绪态的进程在被调度的时候，进入了运行态，如果时间片运行完或者有更高级别进程抢占资源，则变成就绪态等待再次被调度；如果发生事件（比如 IO 事件），则从运行态转到阻塞态，进入阻塞态的进程只能等待事件解除重新进入就绪态。

五态图示关系如下：
在这里插入图片描述
说明： 新进程刚创建还没有分配资源的时候是新建态，等到分配了资源，被加载后就进入就绪态。当进程运行完后，就从运行态进入退出态。

执行模式

指令分为特权指令（只能由操作系统内核使用的指令）和非特权指令（只能由用户程序使用的指令），因为指令有特权和非特权之分，所以 CPU 也分为 2 种执行模式：系统态（可以执行所有指令，使用所有资源以及改变 CPU 状态）用户态（只能执行非特权指令）。
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进程通讯

1.管道（Pipe）

管道是半双工通讯，数据是单向流动，要建立进程间互相通讯，则需要 2 个管道，这种通讯方式只能在亲戚关系的进程间使用，比如父子进程。
在这里插入图片描述

2.信号量（Semophore）

信号量相当于计数器，利用它来控制多个进程访问共享资源，当一个进程A在访问共享资源时，信号量防止其他进程来访问，只有当进程A不访问共享资源了，其他进程才能访问。
信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。
1.信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。
2.信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。
3.每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。
4.支持信号量组

3.消息队列（Message Queue）

消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
消息队列是存放在内核中的链表，可以有多个进程对这个链表进行写入和读取，它解决了信号传递信息少、管道只能传输无格式字节流和缓冲区大小受限的缺点。
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4.共享内存（Shared Memory）

共享内存即为一段能被其他进程访问的内存，多个进程访问同一个内存，达到了通讯的效果。
在这里插入图片描述

程序段

1.程序段包含了进程执行的机器代码,是代码文本的一个副本。
2.对于同一个程序,每个进程都有各自的程序段,存储着要执行的代码指令,这段代码可以来自执行文件或共享库。
3.程序段与数据段不同,它是只读的,也是共享的,多个进程可以共享同一个程序段。

数据段

1.数据段保存了进程执行过程中需要操作的数据,所有进程变量都保存在数据段中。
2.数据段属于进程的私有部分,每个进程都有属于自己的数据段,其中所保存的数据只能被本进程访问,不同进程的数据段是隔离的。数据段又分为初始化数据段和未初始化数据段。
3.初始化数据段:保存了程序中已经初始化过的数据,包括全局变量和静态变量。
4.未初始化数据段:保存程序中没有初始化的数据,包括全局变量和静态变量。
5.数据段随着进程的运行而改变,执行结束后也会被操作系统回收。

PCB(Process Control Block)

进程控制块。操作系统中用于管理进程的数据结构，它包含了进程的所有状态信息。PCB的大小取决于操作系统的实现和支持的功能，不同的操作系统和不同的进程可能有不同的PCB大小。
PCB存储在内核中,其中包含了操作系统需要控制该进程的所有信息。每当创建一个新的进程,操作系统就会为它分配一个PCB,以用于维护进程的执行上下文。
在这里插入图片描述

PCB 主要包含信息

1. 进程状态: 进程当前所处的运行状态(运行、就绪、阻塞等)
2. 程序计数器: 记录下一条要执行的指令地址
3. 寄存器集:保存和恢复进程上下文所需的全部寄存器
4. 内存管理信息: 记录进程所占用的内存页面等信息
5. 打开文件描述符: 进程打开文件的描述符表
6. 信号与信号处理函数: 发送给进程的信号及其处理函数
7. 进程优先级: 用于决定调度顺序
8. 进程标识符: 进程的唯一标识 ID
9. 调度信息: 进程的调度参数
10 进程链: 同属一个作业的进程链表指针

Linux中的PCB——task_struct

struct task_struct {
volatile long state;  //说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息
unsigned long flags;  //Flage 是进程号,在调用fork()时给出
intsigpending;   //进程上是否有待处理的信号
mm_segment_taddr_limit; //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
                       //0-0xBFFFFFFF foruser-thead
                       //0-0xFFFFFFFF forkernel-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
volatilelong need_resched;
int lock_depth;  //锁深度
longnice;       //进程的基本时间片
//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;
struct mm_struct *mm; //进程内存管理信息
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;
struct list_head run_list; //指向运行队列的指针
unsigned longsleep_time;  //进程的睡眠时间
//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_headlocal_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;
intpdeath_signal;    //父进程终止是向子进程发送的信号
unsigned longpersonality;
//Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
intdid_exec:1; 
pid_tpid;    //进程标识符,用来代表一个进程
pid_tpgrp;   //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_tsession;  //进程的会话标识
pid_t tgid;
intleader;     //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_listreal_timer;   //指向实时定时器的指针
struct tmstimes;     //记录进程消耗的时间
unsigned longstart_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
longper_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（Copyon　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
unsignedlong 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_tcap_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 shortused_math;   //是否使用FPU
charcomm[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
structthread_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 sigpendingpending;  //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;
};
/**
标识相关：pid，ppid等等
文件相关：进程需要记录打开的文件信息，于是需要文件描述符表
内存相关：内存指针，指向进程的虚拟地址空间（用户空间）信息
优先级相关：进程相对于其他进程的调度优先级
上下文信息相关：CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容，当内核需要切换到另一个进程时，需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的进程上下文，以便再次执行该进程时，能够恢复切换时的状态，继续执行。
状态相关：进程当前的状态，说明该进程处于什么状态
信号相关：进程的信号处理函数，以及记录当前进程是否还有待处理的信号
I/O相关：记录进程与各种I/O设备之间的交互
**/

进程内存分配

每个进程运行的时候，都会拿到4G的虚拟内存，在32位Linux下，其中3G是交给用户的，1G是交给内核的，而task_struct就是存储在这1G的内核系统空间中。
每个进程都有各自的私有用户空间（0-3G），这个空间对系统中的其他进程是不可见的。
最高的1GB内核空间则为所有进程以及内核所共享。
至于为什么需要这个1G的内核空间，是因为进程需要调用一些系统调用，来交给内核跑，程序的一部分逻辑可能是要交给内核去跑的，所以一部分虚拟地址必须要留给内核使用。
图示如下：
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