实例分析：Linux操作系统

（1）SCHED_FIFO——实时进程的先进先 出调度策略
（2）SCHED_RR——实时进程的轮转调度
（3）SCHED_OTHER——非实时进程的轮 转调度
进程 优先级
A
10
B
40
C
40
D
70
(a) 进程的优先级
D
B
C
A
(b) FIFO 调度的顺序
D
B
C
B
C
A
(c) RR 调度的顺序
图8-4 Linux实时调度的例子
4．Linux的等Biblioteka Baidu队列
因某事件等待 的队列头指针
next task
task_struct
next task
task_struct
NULL task
task_struct
图8-5 Linux中的等待队列
8.1.3 Linux进程间的通信——消息队 列
消息队列是进程间的一种异步通信 方法。所谓“异步”，即发送消息的进 程在消息发出之后，不必等待接收进程 做出反应，就可以去做其他的事情了。
进程一方面竞争并占用系统资源 （比如设备和内存），向系统提出各种 请求服务；进程另一方面是基本的调度 单位，任何时刻只有一个进程在CPU上运 行。
2．Linux进程实体的组成
Linux中，每个进程就是一个任务 （task），一般具有以下四个部分：
• 进程控制块（在Linux里，也称为进 程描述符。下面统一采用“进程描述符” 这个称谓）。
户程序，又可以运行操作系统程序。
当进程运行用户程序时，称其为处 于“用户模式”；当进程运行时出现了 系统调用或中断事件，转而去执行操作 系统内核的程序时，称其为处于“核心 模式”。
在Linux里处理机就具有两种运行状 态：核心态和用户态。
在Linux里，把进程定义为“程序运 行的一个实例”。
5．进程的创建与撤销
Linux中的每个进程，都有一个创建、 调度运行、撤销死亡的生命期。 Linux 系统中的各个进程，相互之间构成了一 个树型的进程族系。
8.1.2 Linux的进程调度
1．Linux的进程调度类型 在Linux中，进程调度被分为实时进
程调度和非实时进程调度两种。
2．Linux进程描述符中与调度有关的字 段
4．Linux的进程状态
Linux的进程可以有五种不同的状态， 图8-3给出了Linux的进程状态，以及状 态间的变迁原因。
创建
信号 就绪
暂停状态
可运行状态 调度 被抢先
事件
信号或事件 可中断状态
信号
执行
终止
僵死状态
不可中断状态
图8-3 Linux的进程状态及其变迁
• 可运行状态 • 可中断状态 • 不可中断状态 • 暂停状态 • 僵死状态
• 进程标识（pid）。 • 进程状态（state）。 • 进程调度信息，包括调度策略
（policy）、优先级别（priority和 rt_priority）、时间片（counter）等。
• 接收的信号（*sig）。
• 进程家族关系。 • 进程队列指针。 • CPU的现场保护区。 • 与文件系统有关的信息。
1．“消息”的数据结构
Linux中的每个消息，由两个部分组 成：消息头和消息缓冲区。
消息头
一个消息 (msg)
*msg_next msg_type msg_stime
msg_ts *msg_spot
消息 缓冲区
消息
(a) Linux 的消息结构
一个消息队列 (msqid_ds) msg_perm *msg_last *msg_first msg_stime msg_rtime msg_ctime msg_cbytes msg_qbytes msg_qnum msg_lapid msg_lrpid
• 进程专用的系统堆栈空间； • 供进程执行的程序段（在Linux里，
称为正文段）；
• 进程专用的数据段和用户堆栈空间。
指针数组 task
NR_TASKS 个元素
… …
一个进程的描述符
…
一个进程的描述符
图8-2 Linux对进程描述符的管理
3．Linux的进程控制块——进程描述符
在Linux中，进程的进程描述符是一 个结构类型的数据结构：task_struct。
（1）Linux的三种进程调度策略及消息 队列；
（2）Linux的多级页表地址转换机制；
（3）Linux的文件系统Ext2和虚拟文件 系统VFS；
（4）Linux对字符设备和块设备的管理。
8.1 Linux的处理机管理
8.1.1 Linux的进程 1．Linux进程的两种运行模式 在Linux里，一个进程既可以运行用
Linux进程描述符中，有四个字段与 进程调度有关，它们是：policy、 priority、rt_priority和counter。
3．Linux的三种进程调度策略
Linux进程描述符中的policy字段， 可以取三个值：SCHED_FIFO、SCHED_RR 以及SCHED_OTHER。
一个消息
一个消息
(b) Linux 的消息队列结构
图8-6 Linux的消息及消息队列结构
一个消息 NULL
2．“消息队列”的数据结构
Linux消息队列是struct msqid_ds 型的数据结构。
3．“消息队列表”的数据结构
进程间借助消息队列来传递数据， 因此系统中可以建立多个消息队列。 Linux是通过“消息队列表”来管理所有 消息队列的。
…
图8-7 消息管理诸数据结构间的逻辑关系
4．有关消息队列的系统调用
第8章 实例分析：Linux操作
系统
8.1 8.2 8.3 8.4
Linux的处理机管理 Linux的存储管理 Linux的文件管理 Linux的设备管理
Linux操作系统实质上是UNIX的变种， 它继承了多任务、多用户等这样的一些 特性。
本章主要从Linux管理的角度出发， 着重讲述以下4个方面的内容。
消息队列表 (msgque)
… …
128 个 数组元素
… …
一个消息队列 (msqid_ds) *msg_last *msg_first
…
消息(msg)
…
消息(msg)
…
一个消息队列 (msqid_ds) *msg_last *msg_first
…
消息(msg)
…
消息(msg)
…
消息(msg)
…
消息(msg)