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linux进程详解

news 2025/10/8 8:44:53

冯诺依曼体系结构

输⼊设备：包括键盘, ⿏标，扫描仪, 写板等

中央处理器(CPU)：含有运算器和控制器等

输出设备：显⽰器，打印机等

关于冯诺依曼，必须强调⼏点：

1、这⾥的存储器指的是内存

2、不考虑缓存情况，这⾥的CPU能且只能对内存进⾏读写，不能访问外设(输⼊或输出设备)

2、外设(输⼊或输出设备)要输⼊或者输出数据，也只能写⼊内存或者从内存中读取。

总结：⼀句话，所有设备都只能和内存打交道

操作系统(Operator System)

概念

在整个计算机软硬件架构中，操作系统的定位是：⼀款纯正的“搞管理”的软件。操作系统包括：

1、内核（进程管理，内存管理，⽂件管理，驱动管理）

2、其他（例如函数库，shell程序等等）

设计OS的⽬的

1、对下，驱动程序与硬件交互，管理所有的硬件资源

2、对上，管理程序提供接口，为⽤⼾程序（应⽤程序）提供⼀个良好的环境

系统调⽤和库函数概念

操作系统分为内核和其他，其中内核负责各种东西的管理，并提供了一系列接口，称为系统调用，库函数是对系统调用的二次封装，命令的本质是可执行程序，也是对系统调用的封装

进程

基本概念

担当系统资源（CPU时间，内存）分配的实体，由内核数据结构pcb和代码与数据构成。

描述进程的内核数据结构-PCB（进程控制块）

Linux操作系统下的PCB是: struct task_struct

task_ struct

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]。

查看进程

1. 进程的信息可以通过 /proc 系统⽂件夹查看

查看特定一个进程

2. ⼤多数进程同样可以使⽤ps命令来获取信息

-a显示由终端控制的进程，-x显示不由终端控制的进程,-u显示进程对应的用户

-p指定进程id

-j以作业格式打印

通过系统调⽤获取进程标⽰符

进程id（PID） getpid()

⽗进程id（PPID） getppid()

两个系统调用在unistd.h中，可以用man来查看

通过系统调⽤创建进程-fork

1.fork是一个系统调用，父进程调用fork，触发软中断，cpu陷入内核，将cpu的寄存器组保存在父进程的内核栈中，更新cpu的寄存器，栈指针是pcb中保存的内核栈栈顶，pc是中断向量表的入口函数，去中断向量表中找软中断处理函数，软中断处理函数根据cpu寄存器里的系统调用号，去系统调用表里执行对应系统调用，创建子进程pcb，拷贝父进程的进程地址空间mm_struct和文件描述符表files_struct，拷贝父进程内核栈，将父进程内核栈里的返回值寄存器里的值改成子进程pid，将子进程内核栈里返回值寄存器值改成0，更新子进程pcb中的寄存器组，使pc指向fork后下一条指令，然后将子进程pcb加入运行队列，等到子进程被调度，cpu就会从子进程pcb中获取寄存器

2.父进程fork系统调用执行完后从内核栈中恢复寄存器，然后返回用户态

3.子进程被调度cpu从其pcb的thread_struct中获取寄存器，然后执行fork后的下一条指令，也就是从内核栈恢复寄存器，然后返回用户态，在给int pid 写返回值时触发缺页中断，因为int pid所在的虚拟页对应的页表项中没有写权限，执行中断方法，找一个新的物理页拷贝原来的物理页，然后页表项指向新物理页，然后再写返回值给int pid，这就是为什么父子进程中int pid变量地址一样，因为是虚拟地址，但是int pid值却不一样，因为同样地址的虚拟页，页表项中对应的物理页不一样，所以有两个值，这两个值在不同的物理页

总结：pcb中的那套寄存器是用来实现进程调度的，cpu从进程的内核栈中的恢复的那套寄存器才是返回到用户态的

写时拷贝

fork创建子进程时pcb的mm_struct采用浅拷贝的模式，也就是说虚拟地址空间结构（vm_area_struct）和页表映射物理页(页表)父子进程是一样的，而且拷贝后会将父子进程的页表权限全部设为只读，当其中一个进程往某个地址写入时，mmu硬件找虚拟地址对应页表项，查看权限时是只读，mmu硬件会缺页异常，硬件电路已经编好了出现缺页异常怎么做了，就是cpu会陷入内核，执行14号中断函数，找一个新物理页，拷贝，然后修改页表项