Linux内核设计与实现 - 第3章：Linux的进程

3.1 进程概念

• 进程定义：程序执行的实例，拥有独立地址空间和系统资源
• 进程组成：
  • 代码段(text section)
  • 数据段(data section)
  • 堆栈(stack)
  • 进程控制块(PCB)
• 进程特点：
  • 动态性：有创建、执行、消亡过程
  • 并发性：多个进程可同时存在
  • 独立性：拥有独立地址空间

3.2 进程描述符

• task_struct结构体：

  struct task_struct {volatile long state;    // 进程状态pid_t pid;              // 进程标识符struct mm_struct *mm;   // 内存管理信息struct files_struct *files; // 打开文件信息// ... 其他字段
  };
  

• 关键字段说明：
  • state：TASK_RUNNING/TASK_INTERRUPTIBLE等
  • pid：进程唯一标识
  • mm：指向内存描述符

3.3 进程生命周期

1. 创建：

   • fork()：创建子进程
   • vfork()：创建共享地址空间的子进程
   • clone()：更灵活的创建方式

2. 执行：

   • exec()系列函数加载新程序

3. 终止：

   • exit()正常终止
   • 信号强制终止

3.4 进程调度

• 调度策略：
  • SCHED_NORMAL：普通进程的完全公平调度(CFS)
  • SCHED_FIFO/SCHED_RR：实时进程调度
• 优先级：
  • 静态优先级(static_prio)
  • 动态优先级(dynamic_prio)
  • 实时优先级(rt_priority)

3.5 进程间通信(IPC)

1. 管道(pipe)
2. 信号(signal)
3. 共享内存(shared memory)
4. 消息队列(message queue)
5. 信号量(semaphore)
6. 套接字(socket)

3.6 线程实现

• Linux线程特点：
  • 轻量级进程(LWP)
  • 与进程共享地址空间
  • 通过clone()系统调用创建
• POSIX线程库：
  • pthread_create()
  • pthread_join()
  • pthread_exit()

3.7 实验：进程监控工具

# 查看进程树
pstree -p# 实时监控进程
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ps -auxf