Linux 内核结构与进程管理

Linux 内核结构与进程管理 • Linux系统结构 Linux kernel: 开放源代码的linux操作系统内核，目前版本为2.6

Linux内核组成 1. 进程调度程序（ S C H E D）负责控制进程访问C P U。保证进程能够公平地访问C P U，同时保证内核可以准时执行一些必需的硬件操作。 2. 内核管理程序（ M M）使多个进程可以安全地共享机器的主存系统，并支持虚拟内存。 3. 虚拟文件系统（ V F S）。通过提供一个所有设备的公共文件接口， V F S抽象了不同硬件设备的细节。此外， V F S支持与其他操作系统兼容的不同的文件系统格式。 4. 网络接口（ N E T）提供对许多建网标准和网络硬件的访问。 5. 进程间通信（ I P C）子系统为进程与进程之间的通信提供了一些机制。这些子系统虽然实现的功能相对独立，但存在着较强的依赖性（调用依赖模块中相应的函数），所以说linux内核是单块结构（monolithic）的，而windows体系结构是微内核(microkernel)的。

Linux启动流程 • 从BIOS到KERNEL • MBR－>KERNEL－>KERNEL自解压－>内核初始化－>内核启动（start_kernel函数，在linux内核源代码树的/usr/src/linux/init/main.c中） • 2. 内核启动：创建1＃进程并执行，由它创建若干内核线程（kernel thread），然后装入并执行程序/sbin/init（变成一个用户进程）。此后，init根据/etc/inittab配置文件来执行相应的脚本进行系统初始化，如设置键盘、字体，装载模块，设置网络等 • 对于Redhat来说，执行的顺序为：/etc/rc.d/rc.sysinit#由init执行的第一个脚本/etc/rc.d/rc$RUNLEVEL#$RUNLEVEL为缺省的运行模式 • /etc/rc.d/rc.local #运行模式2、3、5时会运行的脚本 • /sbin/mingetty（或getty）#等待用户登录 • /etc/inittab中指定了系统的运行级别（RUNLEVEL），init根据运行级别启动相关的服务（一些后台进程），实现不同的功能。 • RUNLEVEL:0－6 • 0：halt， 1：单用户，2：多用户，3：多用户并启动NFS服务 • 4：保留，5：运行xdm（X window）以图形界面方式登录 • 6：reboot

Linux中用户登陆流程

linux进程的四要素 • 程序 • PCB • 地址空间 • 系统堆栈空间 PCB：进程创建时内核为其分配的一个核心数据结构，进程自身不能直接存取。系统堆栈空间：进程运行在核心态时使用的堆栈，和PCB连在一起，共8KB，其中PCB约占1000字节，系统堆栈空间约占7200字节。 2.2 内核中linux进程个数有最大值限制（4092）。但2.4以后，系统中的进程个数受限于系统的物理内存数，即限定所有进程的PCB及系统堆栈（8K）占用的空间≤1/2的物理内存总和。例64M内存：进程数≤64M/2/8K=4K

PCB中的重要信息 • 身份信息：pid,uid,gid,euid,egid等； • 状态信息：running, interruptible, non-interruptible, stopped, zombie • 调度信息：policy, priority, rt_priorty, need_resched • policy即进程的类别，分SCHED_FIFO, SCHED_RR, SCHED_OTHER三种，前两种为实时进程，后一种为非实时进程 • IPC信息：如定义对某些信号的处理等 • 家族信息：父进程、兄弟进程、子进程信息 • 时钟和定时信息 • 文件系统 • 存储管理

进程的创建 • 进程创建：fork , clone, vfork • 父子进程共享资源的形式 • a.不共享（fork时缺省） • b.部分共享 • c.完全共享（线程）

fork实例 #include <stdio.h>int myvar=0;void main(){ int pid; pid = fork(); //system call if (pid < 0 ) { //error occurred printf(“fork failed.”); exit(-1); //system call } else if (pid == 0 ) { //child process printf(“child process executing…\n”); myvar = 1; } else { //parent process wait(); //system call, wait for children completion printf(“child complete.”); myvar ++; printf(“father,myvar=%d”,myvar); exit(0); }}

硬件时钟 （晶振，CMOS电路）中断控制器8259 CPU 定时器 8253 进程调度 • 调度时机 a. 用户进程自愿放弃CPU，如执行sleep()系统调用； b.系统调用中，需要等待时，直接调用schedule()进行调度； c.系统调用、中断或异常处理完成后，返回到用户空间前，若当前进程的PCB中的need_resched = 1，则发生调度； • 调度策略：基于进程的权值（weight，即动态优先级）实时进程：weight = 1000+rt_priority （>1000）分时进程： weight = counter + 20 – nice （<1000）其中：rt_priority：是实时进程的优先级 counter：进程还剩余的时间片值 nice:进程优先级的调整值（均在进程的PCB中标识）

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