Linux下的進程控制塊(PCB)

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導語

進程在操作系統中都有一個戶口，用於表示這個進程。這個戶口操作系統被稱為PCB（進程控制塊），在linux中具體實現是 task_struct數據結構。

說明

進程控制塊(PCB)（系統為了管理進程設置的一個專門的數據結構，用它來記錄進程的外部特征，描述進程的運動變化過程。系統利用PCB來控和管理進程，所以PCB是系統感知進程存在的唯一標志。進程與PCB是一一對應的）在不同的操作系統中對進程的控制和管理機制不同，PCB中的信息多少不一樣，通常PCB應包含如下一些信息。

1、進程標識符 name：每個進程都必須有一個唯一的標識符，可以是字符串，也可以是一個數字。

2、進程當前狀態 status：說明進程當前所處的狀態。為了管理的方便，系統設計時會將相同的狀態的進程組成一個隊列，如就緒進程隊列，等待進程則要根據等待的事件組成多個等待隊列，如等待打印機隊列、等待磁盤I/O完成隊列等等。

3、進程相應的程序和數據地址，以便把PCB與其程序和數據聯系起來。

4、進程資源清單。列出所擁有的除CPU外的資源記錄，如擁有的I/O設備，打開的文件列表等。

5、進程優先級 priority：進程的優先級反映進程的緊迫程度，通常由用戶指定和系統設置。

6、CPU現場保護區 cpustatus：當進程因某種原因不能繼續占用CPU時（如等待打印機），釋放CPU，這時就要將CPU的各種狀態信息保護起來，為將來再次得到處理機恢復CPU的各種狀態，繼續運行。

7、進程同步與通信機制 用於實現進程間互斥、同步和通信所需的信號量等。

8、進程所在隊列PCB的鏈接字 根據進程所處的現行狀態，進程相的PCB參加到不同隊列中。PCB鏈接字指出該進程所在隊列中下一個進程PCB的首地址。

9、與進程有關的其他信息。 如進程記賬信息，進程占用CPU的時間等。

在linux 中每一個進程都由task_struct 數據結構來定義. task_struct就是我們通常所說的PCB。

源碼

struct task_struct
{
	volatile long state; //說明了該進程是否可以執行，還是可中斷等信息
	unsigned long flags; // flags 是進程號，在調用fork()時給出
	int sigpending; // 進程上是否有待處理的信號
 
	 mm_segment_t addr_limit;  //進程地址空間,區分內核進程與普通進程在內存存放的位置不同  //0-0xBFFFFFFF for user-thead    //0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
	 //調度標志,表示該進程是否需要重新調度,若非0,則當從內核態返回到用戶態,會發生調度
	 volatile long need_resched;
	 int lock_depth;    //鎖深度
	 long nice;       //進程的基本時間片
 
	 //進程的調度策略,有三種,實時進程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分時進程:SCHED_OTHER
	 unsigned long policy;
	 struct mm_struct *mm;    //進程內存管理信息
 
	 int processor;
	 //若進程不在任何CPU上運行, cpus_runnable 的值是0，否則是1 這個值在運行隊列被鎖時更新
	 unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
	 struct list_head run_list;   //指向運行隊列的指針
	 unsigned long sleep_time;   //進程的睡眠時間
 
	 //用於將系統中所有的進程連成一個雙向循環鏈表, 其根是init_task
	 struct task_struct *next_task, *prev_task;
	 struct mm_struct *active_mm;
	 struct list_head local_pages;      //指向本地頁面      
	 unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
	 struct linux_binfmt *binfmt;      //進程所運行的可執行文件的格式
	 int exit_code, exit_signal;
	 int pdeath_signal;           //父進程終止時向子進程發送的信號
	 unsigned long personality;
	 //Linux可以運行由其他UNIX操作系統生成的符合iBCS2標准的程序
	 int did_exec:1; 
	 pid_t pid;          //進程標識符,用來代表一個進程
	 pid_t pgrp;        //進程組標識,表示進程所屬的進程組
	 pid_t tty_old_pgrp;      //進程控制終端所在的組標識
	 pid_t session;             //進程的會話標識
	 pid_t tgid;
	 int leader;    //表示進程是否為會話主管
	 struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
	 struct list_head thread_group;          //線程鏈表
	 struct task_struct *pidhash_next;    //用於將進程鏈入HASH表
	 struct task_struct **pidhash_pprev;
	 wait_queue_head_t wait_chldexit;      //供wait4()使用
	 struct completion *vfork_done;         //供vfork() 使用
 
 
	 unsigned long rt_priority;       //實時優先級，用它計算實時進程調度時的weight值
 
 
	 //it_real_value，it_real_incr用於REAL定時器，單位為jiffies, 系統根據it_real_value
 
	 //設置定時器的第一個終止時間. 在定時器到期時，向進程發送SIGALRM信號，同時根據
 
	 //it_real_incr重置終止時間，it_prof_value，it_prof_incr用於Profile定時器，單位為jiffies。
 
	 //當進程運行時，不管在何種狀態下，每個tick都使it_prof_value值減一，當減到0時，向進程發送
 
	 //信號SIGPROF，並根據it_prof_incr重置時間.
	 //it_virt_value，it_virt_value用於Virtual定時器，單位為jiffies。當進程運行時，不管在何種
 
	 //狀態下，每個tick都使it_virt_value值減一當減到0時，向進程發送信號SIGVTALRM，根據
 
	 //it_virt_incr重置初值。
 
	 unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
	 unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
	 struct timer_list real_timer;        //指向實時定時器的指針
	 struct tms times;                      //記錄進程消耗的時間
	 unsigned long start_time;          //進程創建的時間
 
	 //記錄進程在每個CPU上所消耗的用戶態時間和核心態時間
	 long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS]; 
 
 
	 //內存缺頁和交換信息:
 
	 //min_flt, maj_flt累計進程的次缺頁數（Copy on　Write頁和匿名頁）和主缺頁數（從映射文件或交換
 
	 //設備讀入的頁面數）； nswap記錄進程累計換出的頁面數，即寫到交換設備上的頁面數。
	 //cmin_flt, cmaj_flt, cnswap記錄本進程為祖先的所有子孫進程的累計次缺頁數，主缺頁數和換出頁面數。
 
	 //在父進程回收終止的子進程時，父進程會將子進程的這些信息累計到自己結構的這些域中
	 unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
	 int swappable:1; //表示進程的虛擬地址空間是否允許換出
	 //進程認證信息
	 //uid,gid為運行該進程的用戶的用戶標識符和組標識符，通常是進程創建者的uid，gid
 
	 //euid，egid為有效uid,gid
	 //fsuid，fsgid為文件系統uid,gid，這兩個ID號通常與有效uid,gid相等，在檢查對於文件
 
	 //系統的訪問權限時使用他們。
	 //suid，sgid為備份uid,gid
	 uid_t uid,euid,suid,fsuid;
	 gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
	 int ngroups;                  //記錄進程在多少個用戶組中
	 gid_t groups[NGROUPS];      //記錄進程所在的組
 
	 //進程的權能，分別是有效位集合，繼承位集合，允許位集合
	 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;
 
	 int keep_capabilities:1;
	 struct user_struct *user;
	 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];    //與進程相關的資源限制信息
	 unsigned short used_math;         //是否使用FPU
	 char comm[16];                      //進程正在運行的可執行文件名
	 int link_count, total_link_ count;  //文件系統信息
 
	 //NULL if no tty 進程所在的控制終端，如果不需要控制終端，則該指針為空
	 struct tty_struct *tty;
	 unsigned int locks;
	 //進程間通信信息
	 struct sem_undo *semundo;       //進程在信號燈上的所有undo操作
	 struct sem_queue *semsleeping;   //當進程因為信號燈操作而掛起時，他在該隊列中記錄等待的操作
	 //進程的CPU狀態，切換時，要保存到停止進程的task_struct中
	 struct thread_struct thread;
	 struct fs_struct *fs;           //文件系統信息
	 struct files_struct *files;    //打開文件信息
	 spinlock_t sigmask_lock;   //信號處理函數
	 struct signal_struct *sig;   //信號處理函數
	 sigset_t blocked;                //進程當前要阻塞的信號，每個信號對應一位
	 struct sigpending pending;      //進程上是否有待處理的信號
	 unsigned long sas_ss_sp;
	 size_t sas_ss_size;
	 int (*notifier)(void *priv);
	 void *notifier_data;
	 sigset_t *notifier_mask;
	 u32 parent_exec_id;
	 u32 self_exec_id;
 
	 spinlock_t alloc_lock;
	 void *journal_info;
}