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隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，操作系統(tǒng)作為一個(gè)核心部分，直接關(guān)系到計(jì)算機(jī)的性能、穩(wěn)定性和安全性。而進(jìn)程控制塊作為操作系統(tǒng)管理進(jìn)程的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一，是各種操作系統(tǒng)中必備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一。Linux以其穩(wěn)定、靈活、開放等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于服務(wù)器、系統(tǒng)、嵌入式等領(lǐng)域中。本文將為您介紹Linux進(jìn)程控制塊的基本原理和應(yīng)用，幫助您更好地理解和使用Linux系統(tǒng)。
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一、進(jìn)程控制塊的基本原理
進(jìn)程控制塊（Process Control Block，簡(jiǎn)稱PCB）是操作系統(tǒng)管理進(jìn)程的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)都會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的PCB，用來記錄該進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)、資源使用情況、優(yōu)先級(jí)等相關(guān)信息，并作為操作系統(tǒng)控制進(jìn)程的工具。
在Linux中，進(jìn)程控制塊的結(jié)構(gòu)體定義如下所示：
typedef struct task_struct {
volatile long state; /* 進(jìn)程狀態(tài) */
void *stack; /* 進(jìn)程內(nèi)核棧 */
struct list_head tasks; /* 一般隊(duì)列 */
struct list_head ptrace_children; /* ptrace子進(jìn)程鏈表 */
struct list_head ptrace_list; /* ptrace鏈表 */
struct timer_list real_timer; /* 進(jìn)程定時(shí)器 */
struct timer_list *timer; /* 信號(hào)定時(shí)器 */
int exit_code; /* 進(jìn)程退出碼 */
unsigned int flags; /* 進(jìn)程狀態(tài)標(biāo)志 */
pid_t pid, tgid; /* 進(jìn)程ID，父進(jìn)程ID */
pid_t ppid; /* 父進(jìn)程ID */
pid_t group_leader; /* 進(jìn)程組ID */
};
根據(jù)上面的結(jié)構(gòu)體定義，可以看到，進(jìn)程控制塊存儲(chǔ)了一個(gè)進(jìn)程的所有關(guān)鍵信息，包括進(jìn)程狀態(tài)、進(jìn)程所在的組、進(jìn)程ID、進(jìn)程的父進(jìn)程ID、內(nèi)存使用情況、定時(shí)器、運(yùn)行時(shí)間等。其中，state字段表示進(jìn)程的狀態(tài)，進(jìn)程狀態(tài)的值有以下幾種：
TASK_RUNNING：進(jìn)程正在運(yùn)行
TASK_INTERRUPTIBLE：進(jìn)程正在等待某些事件，如讀取文件時(shí)，該進(jìn)程會(huì)處于等待狀態(tài)
TASK_UNINTERRUPTIBLE：進(jìn)程正在等待，但是無法被中斷，如當(dāng)進(jìn)程等待磁盤讀取時(shí)，如果磁盤未響應(yīng)，該進(jìn)程也許無法被中斷
TASK_STOPPED：進(jìn)程已停止
TASK_ZOMBIE：進(jìn)程已終止，但尚未由其父進(jìn)程回收
當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，它的進(jìn)程控制塊將在進(jìn)程內(nèi)存空間中占有一定的位置，并會(huì)被內(nèi)核管理和操作。Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程控制塊可以通過proc文件系統(tǒng)訪問到：
/proc/[pid]/stat：顯示一個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)信息
/proc/[pid]/status：顯示一個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)信息，包括了進(jìn)程所屬UID、GID等信息
/proc/pid/stack：顯示一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)核棧
二、進(jìn)程控制塊的應(yīng)用
進(jìn)程控制塊在操作系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，可以用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理、資源分配、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信等。下面，我們將介紹Linux系統(tǒng)中進(jìn)程控制塊的具體應(yīng)用。
1. 進(jìn)程管理
Linux系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一的進(jìn)程ID，使用進(jìn)程ID可以唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程。通過進(jìn)程控制塊，可以獲得進(jìn)程的ID、父進(jìn)程ID、進(jìn)程組ID、會(huì)話ID等信息。在進(jìn)程管理中，關(guān)鍵是要能夠追蹤進(jìn)程，管理進(jìn)程的狀態(tài)、資源使用情況等。進(jìn)程控制塊中記錄了進(jìn)程的狀態(tài)，可以方便地管理進(jìn)程的運(yùn)行、等待、停止、參與等。
2. 資源分配
Linux系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程提供了一定數(shù)量的資源，如內(nèi)存、CPU時(shí)間片、文件句柄、I/O端口、網(wǎng)絡(luò)連接等。進(jìn)程控制塊中存儲(chǔ)了進(jìn)程所分配的所有資源，包括了內(nèi)存分配情況、占用CPU的時(shí)間、I/O操作等信息。通過進(jìn)程控制塊，可以方便地管理進(jìn)程的資源使用情況，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單快速的資源分配和回收。
3. 進(jìn)程調(diào)度
Linux系統(tǒng)中的調(diào)度器負(fù)責(zé)決定哪個(gè)進(jìn)程可以獲得CPU時(shí)間片并運(yùn)行。進(jìn)程控制塊中保存了進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)、等待時(shí)間等信息，調(diào)度器通過這些信息來決定運(yùn)行哪個(gè)進(jìn)程。進(jìn)程控制塊的優(yōu)先級(jí)是在進(jìn)程創(chuàng)建的時(shí)候設(shè)置的，而由進(jìn)程的狀態(tài)、等待時(shí)間等性質(zhì)來決定是否修改優(yōu)先級(jí)。簡(jiǎn)單理解，優(yōu)先級(jí)高的進(jìn)程會(huì)獲得更多的CPU時(shí)間，并得以盡早運(yùn)行。
4. 進(jìn)程間通信
在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程之間可以通過各種方式進(jìn)行通信，如管道、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列、信號(hào)等。進(jìn)程控制塊中保存了進(jìn)程的相關(guān)信息，其中包括了IPC（進(jìn)程間通信）的相關(guān)信息，如是否參與IPC、已連接的IPC隊(duì)列等。通過IPC，各個(gè)進(jìn)程可以共享資源，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的通信和協(xié)作。
進(jìn)程控制塊是操作系統(tǒng)中管理進(jìn)程的一種核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程管理、資源分配、進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信等功能。Linux作為一種成熟穩(wěn)定的操作系統(tǒng)，在進(jìn)程控制塊的應(yīng)用上也展現(xiàn)了其優(yōu)秀的特性，如快速、靈活、可靠等。理解Linux進(jìn)程控制塊的原理，并高效地應(yīng)用于實(shí)際中，對(duì)于Linux系統(tǒng)的高效運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。
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這個(gè)在內(nèi)核源碼中有詳細(xì)的解釋。
struct task_struct結(jié)構(gòu)體，放在野運(yùn)動(dòng)沖孫態(tài)申請(qǐng)的slab內(nèi)存當(dāng)中。原意就是散脊鏈slab內(nèi)存的好處了
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