linux进程的深入理解与分析

《linux进程的深入理解与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、linux进程的深入理解与分析    进程是程序的一次执行过程。用剧本和演出来类比，程序相当于剧本，而进程则相当于剧本的一次演出，舞台、灯光则相当于进程的运行环境。进程的堆栈   每个进程都有自己的堆栈，内核在创建一个新的进程时，在创建进程控制块task_struct的同时，也为进程创建堆栈。一个进程有2个堆栈：用户堆栈和系统堆栈；用户堆栈的空间指向用户地址空间，内核堆栈的空间指向内核地址空间。当进程在用户态运行时，CPU堆栈指针寄存器指向用户堆栈地址，使用用户堆栈；当进程运行在内核态时，CPU堆栈指针寄存

2、器指向的是内核栈空间地址，使用的是内核栈。进程用户栈和内核栈之间的切换    当进程由于中断或系统调用从用户态转换到内核态时，进程所使用的栈也要从用户栈切换到内核栈。系统调用实质就是通过指令产生中断，称为软中断。进程因为中断（软中断或硬件产生中断），使得CPU切换到特权工作模式，此时进程陷入内核态，进程进入内核态后，首先把用户态的堆栈地址保存在内核堆栈中，然后设置堆栈指针寄存器的地址为内核栈地址，这样就完成了用户栈向内核栈的切换。    当进程从内核态切换到用户态时，最后把保存在内核栈中的用户栈地址恢复到C

3、PU栈指针寄存器即可，这样就完成了内核栈向用户栈的切换。    这里要理解一下内核堆栈。前面我们讲到，进程从用户态进入内核态时，需要在内核栈中保存用户栈的地址。那么进入内核态时，从哪里获得内核栈的栈指针呢？   要解决这个问题，先要理解从用户态刚切换到内核态以后，进程的内核栈总是空的。这点很好理解，当进程在用户空间运行时，使用的是用户栈；当进程在内核态运行时，内核栈中保存进程在内核态运行的相关信息，但是当进程完成了内核态的运行，重新回到用户态时，此时内核栈中保存的信息全部恢复，也就是说，进程在内核态中的代码

4、执行完成回到用户态时，内核栈是空的。   理解了从用户态刚切换到内核态以后，进程的内核栈总是空的，那刚才这个问题就很好理解了，因为内核栈是空的，那当进程从用户态切换到内核态后，把内核栈的栈顶地址设置给CPU的栈指针寄存器就可以了。   ArmLinux内核栈定义如下（可能现在的版本有所改变，但不妨碍我们对内核栈的理解），在include/linux/sched.h中定义了如下一个联合结构：unionthread_union{structthread_infothread_info;unsignedlongs

5、tack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];};19/19从这个结构可以看出，内核栈占8KB的内存区。实际上，进程的task_struct结构所占的内存是由内核动态分配的，更确切地说，内核根本不给task_struct分配内存，而仅仅给内核栈分配8K的内存，并把其中的一部分给task_struct使用。   这样内核栈的起始地址就是uniontask_union变量的地址+8K 字节的长度。例如：我们动态分配一个uniontask_union类型的变量如下：unsignedchar*gta

6、skkernelstack;gtaskkernelstack=kmalloc(sizeof(uniontask_union));    那么该进程每次进入内核态时，内核栈的起始地址均为：（unsignedchar*）gtaskkernelstack+8096 进程上下文    进程切换现场称为进程上下文(context)，包含了一个进程所具有的全部信息，一般包括：进程控制块（ProcessControlBlock，PCB）、有关程序段和相应的数据集。 进程控制块PCB（任务控制块）    进程控制块是进程在

7、内存中的静态存在方式，Linux内核中用structtask_struct表示一个进程（相当于进程的人事档案）。进程的静态描述必须保证一个进程在获得CPU并重新进入运行态时，能够精确的接着上次运行的位置继续进行，相关的程序段，数据以及CPU现场信息必须保存。处理器现场信息主要包括处理器内部寄存器和堆栈等基本数据。进程控制块一般可以分为进程描述信息、进程控制信息，进程相关的资源信息和CPU现场保护机构。 进程的切换当一个进程的时间片到时，进程需要让出CPU给其他进程运行，内核需要进行进程切换。Linux 的进

8、程切换是通过调用函数进程切换函数schedule来实现的。进程切换主要分为2个步骤：1. 调用switch_mm()函数进行进程页表的切换；2. 调用 switch_to() 函数进行 CPU寄存器切换；  __switch_to定义在arch/arm/kernel目录下的entry-armv.S 文件中，源码如下：ENTRY(__switch_to)UNWIND(.fnstart)UNWIND(.cantunw