进程管理及进程间通讯.pptx

第5章进程管理及进程间通讯5.1Linux进程和线程Linux操作系统包括三种不同类型的进程，每种类型的进程都有自己的特点和属性。(1)交互进程——由shell启动的进程。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。(2)批处理进程——这种进程和终端没有联系，是一个进程序列。(3)监控进程（也称守护进程）——Linux系统启动时启动的进程，并在后台运行。上述三种进程各有各的作用，使用场合也有所不同。5.1.1Linux进程管理的数据结构进程在运行过程中，要使用许多计算机资源，例如CPU、内存、文件等。同时可能会有多个进程使用同一个资源，因此操作系统要跟踪所有的进程及其所使用的系统资源，以便能够管理进程和资源。在Linux中，每个进程在创建时都会被分配一个数据结构，称为进程控制块（ProcessControlBlock，PCB）。PCB中包含了很多重要的信息，供系统调度和进程本身执行使用，其中最重要的是进程ID（processID，PID），进程ID也被称作进程标识符，是一个非负的整数，在Linux操作系统中唯一地标志一个进程。在最常使用的i386架构（即PC使用的架构）上，PID的变化范围是一个非负整数0-32767，这也是所有可能取到的进程ID。每个进程的进程ID各不相同。可使用ps命令看看当前系统中有多少进程在运行。除标题外，每一行都代表一个进程。在各列中，PID一列代表了各进程的进程ID，command一列代表了进程的名称或在shell中调用的命令行。Linux中的每个进程有自己的虚拟地址空间，操作系统的一个最重要的基本管理目的，就是避免进程之间的互相影响。但有时用户也希望能够利用两个或多个进程的功能完成同一任务，为此，Linux提供许多机制，利用这些机制，进程之间可以进行通讯并共同完成某项任务，这种机制称为“进程间通讯（InterprocessCommunication,IPC）”。信号和管道是常见的两种IPC机制，但Linux也提供其他IPC机制。一般来说，Linux下的进程包含以下几个关键要素：有一段可执行程序；有专用的系统堆栈空间；内核中有它的控制块（进程控制块），描述进程所占用的资源，这样，进程才能接受内核的调度；具有独立的存储空间。Linux内核利用一个数据结构task_struct来代表一个进程，代表进程的数据结构指针形成了一个task数组（在Linux中，任务和进程是两个相同的术语），这种指针数组有时也成为指针向量。这个数组的大小默认为512，表明在Linux系统中能够同时运行的进程最多可有512。当建立新进程的时候，Linux为新的进程分配一个task_struct结构，然后将指针保存在task数组中。task_struct结构中包含了许多字段，按照字段功能，可分成如下几类：(1)标识号。系统通过进程标识号唯一识别一个进程，但进程标识号并不是进程对应的task_struct结构指针在task数组中的索引号。另外，一个进程还有自己的用户和组标识号，系统通过这两个标识号判断进程对文件或设备的访问权。(2)状态信息。一个Linux进程可有如下几种状态：运行、等待、停止和僵死。(3)调度信息。调度程序利用该信息完成进程之间的切换。(4)有关进程间通讯的信息。系统利用这一信息实现进程间的通讯。(5)进程链信息。在Linux系统中，除初始化进程之外，任何一个进程都具有父进程。每个进程都是从父进程中“克隆”出来的。进程链则包含进程的父进程指针、和该进程具有相同父进程的兄弟进程指针以及进程的子进程指针。另外，Linux利用一个双向链表记录系统中所有的进程，这个双向链表的根就是init进程。利用这个链表中的信息，内核可以很容易地找到某个进程。(6)时间和定时器。系统在这些字段中保存进程的建立时间，以及在其生命周期中所花费的CPU时间，这两个时间均以jiffies为单位。该时间由两部分组成，一是进程在用户模式下花费的时间，二是进程在系统模式下花的时间。Linux也支持和进程相关的定时器，应用程序可通过系统调用建立定时器，当定时器到期，操作系统会向该进程发送sigalrm信号。(7)文件系统信息。进程可以打开文件系统中的文件，系统需要对这些文件进行跟踪。系统使用这类字段记录进程所打开的文件描述符信息。另外，还包含指向虚拟文件系统（VirtualFileSystems，VFS）两个索引节点的指针，这两个索引节点分别是进程的主目录以及进程的当前目录。索引节点中有一个引用计数器，当有新的进程指向某个索引节点时，该索引节点的引用计数器会增加计数。未被引用的索引节点的引用计数为0，因此，当包含在某个目录中的文件正在运行时，就无法删除这一目录，因为这一目录的引用计数大于0。(8)和进程相关的上下文信息。如前所述，进程可被看成是系统状态的