7.2 进程

发布时间 2023-07-24 17:12:42作者: C~A
在现代系统上运行一个程序时,我们会得到一个假象,就好像我们的程序是系统中当前运行的唯一的程序一样。我们的程序好像是独占地使用处理器和内存。处理器就好像是无间断地一条接一条地执行我们程序中的指令。最后,我们程序中的代码和数据好像是系统内存中唯一的对象。这些假象都是通过进程的概念提供给我们的。
进程的经典定义就是一个执行中程序的实例。系统中的每个程序都运行在某个进程的上下文(context)中。上下文是由程序正确运行所需的状态组成的。这个状态包括存放在内存中的程序的代码和数据,它的栈、通用目的寄存器的内容、程序计数器、环境变量以及打开文件描述符的集合。
逻辑控制流
即使在系统中通常有许多其他程序在运行,进程也可以向每个程序提供一种假象,好像它在独占地使用处理器。如果想用调试器单步执行程序,我们会看到一系列的程序计数(PC)的值,这些值唯一地对应于包含在程序的可执行目标文件中的指令,或
是包含在运行时动态链接到程序的共享对象中的指令。这个PC值的序列叫做逻
辑控制流,或者简称逻辑流。 
用户模式和内核模式
为了限制一个应用可以执行的指令以及它可以访问的地址空间范围,处理器提供了一种机制。处理器通常是用某个控制寄存器中的一个模式位(mode bit)来提供这种功能的,该寄存器描述了进程当前享有的特权。当设置了模式位时,进程就运行在内核模式中(有时叫做超级用户模式)。一个运行在内核模式的进程可以执行指令集中的任何指令,并且可以访问系统中的任何内存位置。
没有设置模式位时,进程就运行在用户模式中。用户模式中的进程不允许执行特权指令(privileged instruction),比如停止处理器、改变模式位,或者发起一个I/O操作。也不允许用户模式中的进程直接引用地址空间中内核区内的代码和数据。任何这样的尝试都会导致致命的保护故障。反之,用户程序必须通过系统调用接口间接地访问内核代码和数据。
上下文切换
 操作系统内核使用一种称为上下文切换(context switch)的较高层形式的异常控制流来实现多任务。
内核为每个进程维持一个上下文(context)。上下文就是内核重新启动一个被抢占的进程所需的状态。它由一些对象的值组成,这些对象包括通用目的寄存器、浮点寄存器、程序计数器、用户栈、状态寄存器、内核栈和各种内核数据结构,比如描述地址空间的页表、包含有关当前进程信息的进程表,以及包含进程已打开文件的信息的文件表。
在进程执行的某些时刻,内核可以决定抢占当前进程,并重新开始一个先前被抢占了的进程。这种决策就叫做调度(scheduling),是由内核中称为调度器(scheduler)的代码处理的。当内核选择一个新的进程运行时,我们说内核调度了这个进程。在内核调度了一个新的进程运行后,它就抢占当前进程,并使用一种称为上下文切换的机制来将控制转移到新的进程,上下文切换1)保存当前进程的上下文,2)恢复某个先前被抢占的进程被保存的上下文,3)将控制传递给这个新恢复的进程。