UNIX系统(一)进程管理

fork系统调用的格式是： int fork() 核心为fork完成下列操作： 1) 为新进程分配一进程表项和进程标识符 2) 检查同时运行的进程数目 3) 拷贝进程表项中的数据 4) 子进程继承父进程的所有文件 5) 为子进程创建进程上下文 6) 子进程执行 P361
2、执行一个文件——exec系统调用
进程区表项、系统区表项和区的关系： A进程 区表
正文
数据 栈
a b
c
a
b
c d e
B进程 区表
正文
数据 栈
d e
系统区表
三、UNIX进程状态及其转换 1. 进程的状态（9种）： 1）初始态（创建状态）：进程执行系统调用fork 时，被创建的进程所处的状态。 2）内存就绪态：进程已装入内存，且处于就绪状 态。 3）外存就绪态：进程处于就绪状态，但在外存中。 4）核心态下的执行态：内核程序正在执行。
4.共享存储区
是UNIX中通信速度最高的一种通信机制。
该机制可使多个进程共享主存中的某一区域。 同时要注意，该机制并未提供同步互斥机制。用 户要自己处理进程间的同步互斥，才能正确通信。
进程A 的虚空间 正 文
内存空间
进程B的虚空间 正 文
数 据
A 数 据 A
′
共享存储区
栈
B B′ 栈
四、 进程控制
1、进程的创建——fork系统调用
在 UNIX 系统中，只有 0# 进程是在系统引导时被 创建的，在系统初启时由0#进程创建l#进程，以后 0#进程变为对换进程，l#进程成为系统中的始祖进 程，它利用fork为每个终端创建一子进程为用户服 务，如等待用户登录、执行shell命令解释程序等。 每个终端进程又可利用fork来创建其子进程，从而 可形成一棵进程树。因此说，系统中除0#进程外的 所有进程都是用fork创建的。
UNIX系统（一）
UNIX中的进程管理
一、UNIX系统概述 1. UNIX系统的发展
1969-1970年间诞生，由美国Bell实验室研发
编写语言：汇编语言 B语言 C语言
2. UNIX系统的特征

有良好的开放性 支持多用户多任务 功能强大，实现高效 提供了丰富的网络功能 支持多处理器功能
3. 进程映象 进程是进程映象的执行过程；或者说，进程映象是正 在运行的进程实体。 UNIX进程映象由三部分组成： 用户级上下文：包括用户正文段、用户数据段和用 户栈 寄存器级上下文：程序寄存器（PC）、处理机状态 寄存器（PSW）、栈指针、通用寄存器 系统级上下文： 静态部分：进程表项、U区、进程区表项 动态部分：核心栈（核心过程的栈结构，不同进 程在调用相同核心过程时有不同的核心栈）、若 干层寄存器上下文
区的类型和大小 区的状态 区在物理存储器中的位置 引用计数 指向文件索引结点的指针
P358
本进程区表： 区的起始虚地址 系统为每个 指向系统区表中对应的区 进程配置一张。 表项的指针 P359
核心通过查找进程区表和系统区表，将区的逻辑 地址变为物理地址。这里使用两张表来实现地址映 射，是为了实现对区的共享。

进程表项指针 真正用户标识符 有效用户标识符 用户文件描述符表 当前目录和当前根 计时器 内部I/O参数 限制字段 差错字段 返回值 信号处理数组
P358
系统区表： 系统V把一个进 程的虚地址空间划 分为若干个连续的 区：正文区、数据 区、栈区等，相当 于第四章所讲的 “段”。为对区进 行管理，在核心中 设置一张系统区表， 用于记录描述活动 取得有关信息。
设置对信号的处理方式： 可用系统调用 signal ( sig , func ) 来设置对信号的 处理方式。 func=1时，进程对sig信号不予理睬。 func=0时，进程在收到 sig信号后应终止自己 func 非0/1时，func是信号处理程序的指针
对信号的处理： 正在执行的进程每隔一定时间就要检查有无软中 断信号到达。 若有，则按预置的处理方式进行处理。 当处理方式值为1时，进程不做任何处理便立即 返回； 当处理方式值为0时，进程自我终止； 当其值为非0非l整数时，系统从核心态转为用 户态的软中断处理程序(因为该程序是用户程序， 故应运行在用户态)，处理完毕后，再返回到用 户程序的断点。
消息的发送
系统调用 msgsnd()可用来发送一个消息，并将该 消息链入消息队列的尾部。 msgsnd ( msgid , msgp , msgsz , msgflg )； msgid表示消息队列标识，即消息要发送到的消息 队列。 msgp指向要发送的消息 msgsz要发送的消息的大小 msgflg规定当无内存空间存储消息时，进程是等待 还是立即返回。
5）用户态下的执行态：用户程序正在执行。
6）内存中的睡眠：进程处于睡眠状态，但仍处在 内存中。 7）外存睡眠：进程处于睡眠状态，但被换出至外 存。
8）被抢占状态：核心剥夺了某进程的运行，使之 处于被剥夺状态，它与内存就绪状态等价。
9）僵死态：进程执行了系统调用exit后，便处于僵 死状态，此时进程已不存在，但留下一些信息供父 进程收集。 2. 进程的状态转换：见图10-4（P359）
图：利用共享存储区进行通信
共享存储区的建立 用于建立一个共享存储区或返回一个已存共享 存储区的描述符。 int shmget ( key , size , shmflg ) ； key:：共享存储区的名字 size：大小 shmflg：标志 返回值为共享存储区的描述符shmid
共享存储区的连接 进程在建立了一共享存储区后，还要用shmat（） 将其连接到进程的虚地址空间上，此后共享存储区成 为进程虚地址空间的一部分，进程可存取该空间。 shmat ( shmid , shmaddr , shmflg ) ; shmid：共享存储区描述符 shmaddr：进程虚地址 shmflg：读写标志
将一个可执行文件覆盖在一个进程的用户级上下 文的存储空间上，取代原有代码。 execv的调用格式是： int execv(path，argv)； char *path，*argv[ ]； path是指向文件名的指针； argv是指向参数表的指针。 核心为execv过程完成下列操作： 1) 对可执行文件进行检查 2) 回收内存空间 3) 分配存储空间 4) 参数拷贝
P355
二. UNIX中的进程描述 UNIX采用段页式存储管理，段称为区。一个进程 通常由若干个区组成，这些区包括：程序区、数 据区、栈区等。每个区又可分页。 为每个进程配置一个进程控制块。 UNIX把进程控制块（PCB）分为四部分： 进程表项：包括最常用的核心数据。 U区：存放进程表项的一些扩充数据。 系统区表：存放各区的起始虚地址及指向系 统区表中对应表项的指针。 进程区表：存放各个区在物理存储器中的地 址信息等。
0 消息首部 msgh 0 … 队列 i 消息 缓冲区 m 队列 n 消息首部 消息队列头表 … …
3 消息首部 msgh 3
2 消息首部 msgh 2
消息 缓冲区
消息 缓冲区
消息 缓冲区
图：消息队列的数据结构
消息队列的建立
系统调用 msgget( )可用来建立消息队列 int msgget ( key , msgflag )； key: 用户指定的消息队列的名字 msgflag：建立标志 核心将搜索消息队列头标表，确定是否有指定名 字的消息队列。若无，核心将分配一个新的消息对 列头标，并对它进行初始化，然后给用户返回一个 消息队列描述符；否则，它只是检查该消息队列的 许可权后便返回。
（具体操作步骤见P364）
2. 信号(signals)机制
信号是一个整数，范围从1-19。 用于在同一用户的诸进程之间传送事先约定的 简单信息，以通知某进程发生了某异常事件。 信号机制是对中断机制的模拟，故在早期又称 软中断。
信号的发送：
发送进程把信号送到指定进程的信号域的某一位上。 进程可用kill向一个或一组进程发送一个信号。 int kill ( pid , sig ) ; 其中： pid 为正数时，信号发送给进程pid pid为0 时信号发送给与发送进程同组的所有进程 sig为要发送的信号
五、UNIX进程通信 UNIX进程的同步和通信有多种方式： Sleep和wakeup同步工具 信号(signals)机制 管道(pipes)机制 消息队列机制 共享存储器机制 信号量集机制
1. Sleep和wakeup同步工具 Sleep过程——进程睡眠 Wakeup过程——进程唤醒
3.消息机制 消息是一个格式化的可变长的信息单元。 消息机制允许一个进程给其它任意进程发送一 条消息。
消息机制的数据结构 消息分为首部及数据区。 消息首部中记录有消息的类型、大小、指向消 息数据区的指针、消息队列的链指针。
消息队列头表 其每一表项作为一个消息队列的头结点。 它包括如下内容： 指向消息队列的队首及队尾的指针 队列中消息的数目 队列中消息数据的总字节数等
进程表项： 存放描述和控 制一个进程的信 息。常驻内存。

进程标识符 用户标识符 进程状态 事件描述符 进程和U区的地址 软中断信息 计时域 进程的大小 偏置值nice 指针
P357
U 区： 存放描述和控 制进程的另一部 分信息。每个进 程一个私用U 区。 非常驻内存。
消息的接收 系统调用msgrev()用于从指定的消息队列接收指定 类型的消息。 msgrev ( msgid , msgp , msgsz , msgtpy , msgflg ) ； msgid 消息队列标识，即从该消息队列接收消息。 msgp接收到的消息存放到该位置 msgsz接收的消息的大小 msgtpy 消息类型 msgflg当无指定消息时，进程是等待还是立即返回。