Linux程序地址空间

目录

研究背景

程序地址空间回顾

来段代码感受一下

进程地址空间

Linux2.6内核进程调度队列

一个CPU拥有一个runqueue

优先级

活跃队列（只出不进）

过期队列（只进不出）

active指针和expired指针

总结

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研究背景

Linux内核版本（kernel 2.6.32）

32位平台

程序地址空间回顾

我们以前可能见过这张图

可是我们对他并不理解！

来段代码感受一下

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>int g_val = 100;
int main()
{printf("father is running, pid: %d,ppid: %d\n",getpid(),getppid());pid_t id = fork();if(id == 0){//childint cnt = 0;while(1){printf("I am child process, pid: %d,ppid: %d,g_val: %d,&g_val: %p\n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);sleep(1);cnt++;if(cnt == 5){g_val = 300;printf("I am child process, change %d -> %d\n",100,300);}}}else{//fatherwhile(1){printf("I am father process, pid: %d,ppid: %d,g_val: %d,&g_val: %p\n",getpid(),getppid(),g_val,&g_val);sleep(1);}}return 0;
}

输出：

我们发现，前5秒输出出来的变量值和地址是一模一样的，很好理解呀，因为子进程按照父进程为模版，父子并没有对变量进行进行任何修改。可是当我们的cnt到了5，g_val被子进程改为了300，我们就发现，父子进程，输出地址是一致的，但是变量内容不一样！能得出如下结论:

• 变量内容不一样,所以父子进程输出的变量绝对不是同一个变量
• 但地址值是一样的，说明，该地址绝对不是物理地址！
• 在Linux地址下，这种地址叫做虚拟地址
• 我们在用C/C++语言所看到的地址，全部都是虚拟地址！物理地址，用户一概看不到，由OS统一管理

OS必须负责将 虚拟地址 转化成 物理地址 。

进程地址空间

所以之前说‘程序的地址空间’是不准确的，准确的应该说成 进程地址空间 ，那该如何理解呢？看图：

分页&虚拟地址空间

说明:

上面的图就足矣说名问题，同一个变量，地址相同，其实是虚拟地址相同，内容不同其实是通过页表被映射到了不同的物理内存地址（由虚拟到物理的过程是通过CPU中的MMU转换的且页表的地址是在我们CPU的寄存器中比如CR3）！

Linux2.6内核进程调度队列

上图是Linux2.6内核中进程队列的数据结构，之间关系也已经给大家画出来，方便大家理解

一个CPU拥有一个runqueue

如果有多个CPU就要考虑进程个数的负载均衡问题

优先级

普通优先级：100～139（我们都是普通的优先级，想想nice值的取值范围【-20，19】刚好是40，可与之对应！）

实时优先级：0～99（我们目前不关心）

活跃队列（只出不进）

• 时间片还没有结束的所有进程都按照优先级放在该队列
• nr_active: 总共有多少个运行状态的进程
• queue[140]: 一个元素就是一个进程队列，相同优先级的进程按照FIFO规则进行排队调度,所以，数组下标就是优先级！
• 从该结构中，选择一个最合适的进程，过程是怎么的呢？

1. 从0下表开始遍历queue[140]
2. 找到第一个非空队列，该队列必定为优先级最高的队列
3. 拿到选中队列的第一个进程，开始运行，调度完成！
4. 遍历queue[140]时间复杂度是常数！但还是太低效了！

• bitmap[5]（位图）:一共140个优先级，一共140个进程队列，为了提高查找非空队列的效率，就可以用5*32个 比特位表示队列是否为空，这样，便可以大大提高查找效率！

过期队列（只进不出）

• 过期队列和活动队列结构一模一样
• 过期队列上放置的进程，都是时间片耗尽的进程
• 当活动队列上的进程都被处理完毕之后，对过期队列的进程进行时间片重新计算

active指针和expired指针

• active指针永远指向活动队列
• expired指针永远指向过期队列
• 可是活动队列上的进程会越来越少，过期队列上的进程会越来越多，因为进程时间片到期时一直都存在的。
• 没关系，在合适的时候，只要能够交换active指针和expired指针的内容，就相当于有具有了一批新的活动进程！

总结

在系统当中查找一个最合适调度的进程的时间复杂度是一个常数，不随着进程增多而导致时间成本增加，我们称之为进程调度O(1)算法！

更多的内容大家还可以参考这位大佬的博客：

Linux的进程优先级 NI 和 PR - 简书