第三章：Unix/Linux 进程管理

进程

操作系统是一个多任务处理系统。在操作系统中，任务也称作进程。在实际的应用中，任务和进程这两个术语可以互换使用。这里有一个关于执行映像的概念，我们把执行映像定义为包含执行代码、数据和堆栈的存储区。进程的正式定义：进程是对映像的执行。

多任务处理系统

type.h文件

type.h文件定义了系统常数和表示进程的简单PROC结构体

ts.s文件

ts.s在32位gcc编码中可实现进程上下文切换

queue.c文件

queue.c文件可实现队列和链表函数操作

进程同步

睡眠模式

当某进程需要某些当前没有的东西时，例如申请独占一个存储区域、等待用户通过标准输入来输入字符等，它就会在某个事件值上进人休眠状态，该事件值表示休眠的原因。

对PROC结构体的修改如下

唤醒操作

多个进程可能会进人休眠状态等待同一个事件，这是很自然的，因为这些进程可能都需要同一个资源，例如一台当前正处于繁忙状态的打印机。在这种情况下，所有这些进程都将休眠等待同一个事件值。当某个等待时间发生时，另一个执行实体（可能是某个进程或中断处理程序）将会调用kwakeup（even），唤醒正处于休眠状态等待该事件值的所有程序。如果没有任何程序休眠等待该程序，kwakeupO就不工作，即不执行任何操作。注意，被唤醒的进程可能不会立即运行。它只是被放入readyQueue中，排队等待运行。当被唤醒的进程运行时，如果它在休眠之前正在试图获取资源，那么它必须尝试重新获取资源。这是因为该资源在它运行时可能不再可用。ksleepO和kwakeupO函数一般用于进程同步，但在特殊情况下也用于同步父进程和子进程

进程终止

正常终止：进程调用exit(value)，发出_exit(value)系统调用来执行在操作系统内核
中的kexit(value)，这就是我们本节要讨论的情况。
异常终止：进程因某个信号而异常终止。信号和信号处理将在后面第6章讨论。在这两种情况下，当进程终止时，最终都会在操作系统内核中调用kexi()。

等待子进程中止

所谓父子进程，子进程是由父进程创建的完全独立于父进程的一个进程，父子进程共享一段代码和数据，子进程相当于父进程的副本

我们需要注意fork进程的返回值，在父子进程中有所不同。

Unix/Linux中的进程

中断：中断是外部设备发送给CPU的信号，请求CPU服务。当在Umodie下执行时，CPU中断是启用的，因此它将响应任何中断。在中断发生时，CPU将进入Kmode来处理中断，这将导致进程进人Kmode。
陷附：陷是错误条件，例如无效地址、非法指令、陈以0等、这些错误条件被CPU识别为异常，使得CPU进人Kmode来处理错误。在Unix/Linux中，内核陷阴处理程序将陷研原因转换为信号编号，并将信号传递给进程。对于大多数信号，进程的默认操作是终止。
系统调用：系统调用（简称syscall）是一种允许Umode进程进入Kmode以执行内核函数的机制。当某进程执行完内核函数后，它将期望结果和一个返回值返回到Umode，该值通常为0（表示成功）或-1（表示错误）。如果发生错误，外部全局变量errno（在erno.h中）会包含一个ERROR代码，用于标识错误。

运行状态
进程的任务是由CPU执行的，进程需要从内存载入CPU才能运行，因此，进程的运行状态通常会被误认为是当一个进程占有CPU资源并执行其任务时的状态，其实不然。内存中的进程有多个，而CPU往往只有一个，为了保证每个进程都能运行，CPU在内核中有一个对应的等待队列，进程的PCB会进入到这个队列中等待CPU资源准备运行，而进程PCB在CPU等待队列中准备运行的状态就称运行状态。

阻塞状态
进程运行过程中，除了需要占有CPU资源，有时候也需要其他资源（下面拿外设资源来举例），如显示器、磁盘、网卡和键盘等等。因此各种外设资源也需要在内核中有自己的等待队列，供进程排队等待资源的占有使用。我们知道，操作系统通过先描述再组织的方式管理外设，在内核中为每个外设建立了一个结构体存储其属性、信息、操作方法等，类似进程的PCB，而外设的等待队列也就在该结构体当中。

挂起状态
挂起是操作系统节省内存空间一种手段。给一个场景：若在某一时刻内存中有多个进程处于阻塞状态，正在等待某种资源的就绪，这些进程的代码数据都在内存中保存着，短期内不会被使用。随着阻塞状态的进程数量增多，内存可能会空间不足。既然这些进程的代码数据暂时不会被使用，何不将它们移出内存呢？
操作系统是这样做的：将处于阻塞状态的进程的代码数据暂时移出内存，重新挪动到磁盘上，而该进程的PCB依然留存在内存中的资源等待队列，待到资源就绪之时，再通过PCB找到相应的代码数据，从磁盘中再加载入内存。

以上操作我们称其为进程代码数据的换入换出操作，节省了内存空间，供正在运行的进程使用。而挂起状态就是进程代码数据被暂时换出到磁盘上的状态。

Linux的各种进程状态：R (running)：运行状态，并不一定意味着正在运行，它要么表示进程正在运行要么表示进程在运行队列中等候。

S（sleeping）：睡眠状态，意味着进程在等待事件完成，对应阻塞状态。

D（disk sleep）：磁盘休眠状态，有时候也叫不可中断睡眠状态（uninterruptible sleep），在这个状态的进程通常会等待IO的结束，IO结束前不会被操作系统自动回收。

T（stopped）：停止状态，可以通过发送SIGSTOP信号（kill -19）使进程停止运行，也可以发送SIGCONT（kill -18）信号使进程继续运行。

X（dead）：死亡状态，这个状态只是一个返回状态，你不会在任务列表里看到这个状态，因此当一个进程变成死亡状态时，操作系统会立即或延时将其回收。