Linux中的进程管理

2016-06-17 by subond

1.进程

进程是执行中的程序,是大多数系统的工作单元,是 活动实体。一般,进程具有以下几种状态:新的,运行,等待,就绪,终止。每个进程在操作系统中用进程控制块(PCB)表示,其包含许多与一个特定进程相关的信息(进程状态,程序计数器,CPU寄存器,CPU调度信息,内存管理信息,记账信息,I/O状态信息等)。

进程调度

进程调度是指选择一个可用的进程到CPU上执行的过程,由相应的 调度程序 来执行。进程进入系统后,进入 作业队列 (包含系统中的所有队列);驻留在内存中就绪,等待执行的进程位于 就绪队列。就绪队列通常用链表实现,其头节点指向链表的第一个和最后一个PCB块的指针;每个PCB包括一个指向就绪队列的下一个的PCB的指针域。

三种进程调度的区别

调度程序分为 长期调度程序, 中期调度程序短期调度程序。长期调度(高级调度),又称为 作业调度,是指从池中选择进程,并装入内存准备执行,其使用频率比较低,主要用来控制内存中进程的数量;中期调度(中级调度),又称为 交换调度,是指将进程中内存或CPU竞争中移出,从而降低多道程序设计的程度,之后进程被重新装入内存;短期调度(低级调度),又称为 进程调度,是指按照一定的策略和算法,将CPU分配给一个处于就绪的进程,分为 抢占式非抢占式

三种进程调度的区别

上下文切换

将CPU切换找另一个进程需要保存当前进程的状态,并恢复另一个进程的状态,这个过程称为上下文切换。

2.进程操作

进程创建进程终止

进程创建新进程时,有两种执行可能:

1)父进程与子进程并发执行;2)父进程等待,直到某个子进程或全部子进程执行完毕。

同样,新进程的地址空间也有两种可能:

1)子进程是父进程的复制品(具有父进程相同的程序和数据);2)子进程装入一个新程序。

在linux系统,使用fork()函数可以创建一个新进程,相关内容参考fork()函数。

当进程完成执行最后的语句病使用系统调用exit()请求操作系统删除自身时,进程终止。进程终止时,可以返回状态值(整数)到父进程(通过系统调用wait()),所有进程资源将会被操作系统回收。

3.进程间通信

进程间通信(IPC)有两种基本模式:共享内存消息传递。进程间通信可以调用send()和receive()来进行,其可分为 阻塞非阻塞——也称为 同步异步

阻塞send: 发送进程阻塞,直到消息被进程或邮箱所接收;
非阻塞send: 发送进程发送消息并继续操作;
阻塞receive: 接收进程阻塞,直到有消息可用;
非阻塞receive: 接收进程接收到一个有用消息或空消息;

值得注意的是,无论是直接通信还是间接通信,通信进程的消息的驻留在临时队列中。队列的实现有三种方式:零容量,有限容量,无限容量。

共享内存实例

创建共享内存段shmget()

//三个参数:标识符,字节数,读写模式
//函数返回整数标识值
segment_id = shmget(IPC_PRIVATE, size, S_IRUSR | S_IWURS);
//三个参数:共享内存段的ID,指针,读写模式
//返回初始位置的指针
share_memory = (char *)shmat(id, NULL, 0);
//删除共享内存段,释放指针
shmdt(share_memory);
shmctl();

消息传递: Mach

Mach系统主要为分布式系统设计。在Mach系统中,每个任务创建时,同时创建了两个特别的邮箱:内核邮箱通报邮箱。内核使用内核邮箱与任务通信,使用通报邮箱发送事件发生的通知。

消息传递使用三个系统调用:

1)msg_send():发送数据;
2)msg_receive():接收数据;
3)msg_rpc():发送远程消息,并只等待来自发送者的一个返回消息;

值得注意的是,Mach可以确保来自同一个发送者额多个消息满足FIFO顺序排队,但不是绝对顺序。即两个发送者的消息可以任意排队。其次,Mach使用的是双重复制机制(发送者<--复制-->邮箱<--复制-->接收者)。若使用虚拟内存管理技术(即将发送者的地址空间映射到接收者的地址空间,但只适用与系统内部),可以避免这种双重复制。

4.进程小结

进程是执行中的程序。随着程序的执行,它改变状态。进程状态由进程当前活动所定义。每个进程可处于:新的,就绪,执行,等待或终止状态。每个进程在操作系统内通过自己的进程控制块PCB来表示。当前不执行的进程放在某个等待队列中。操作系统有两种主要队列:I/O请求队列就绪队列。就绪队列包括所有准备执行或等待CPU的进程。每个都有PCB,PCB链接起来就形成了就绪队列。长期调度通过选择进程来争用CPU。短期调度从就绪队列中选择进程。

操作系统的执行进程可以是独立进程,也可以是协作进程。协作进程需要进程间有互相通信机制,主要有两种形式:共享内存和消息传递。共享内存 方法通过要求通信进程共享一些变量,进程通过使用共享变量来交换信息;而 消息系统 方法允许进程交换信息。