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第5章 Linux内核简介 主要内容 Linux核心的一般结构 进程的概念、进程的调度和进程通信 文件系统的构成和管理 内存管理 设备驱动及中断处理 5.1 概 述 p142 Linux系统大致可分为三层： 靠近硬件的底层是内核，即Linux操作系统常驻内存部分。 中间层是内核之外的shell层，即操作系统的系统程序部分。 最高层是应用层，即用户程序部分 从结构上看，Linux操作系统是采用单块结构的操作系统。 一般说来，可以将操作系统划分为内核和系统程序两部分。 ●进程控制系统用于进程管理、进程同步、进程通信、进程调度和内存管理等。 ●内存管理控制内存分配与回收。 ●文件系统管理文件、分配文件空间、管理空闲空间、控制对文件的访问并为用户检索数据。 ●Linux系统支持三种类型的硬件设备：字符设备、块设备和网络设备。 ●核心底层的硬件控制负责处理中断以及与机器通信。 5.2 进 程 管 理 p1435.2.1 进程和线程的概念 1．进程及其状态 简单说来，进程就是程序的一次执行过程。 进程至少要有三种基本状态。这三种基本状态是：运行态、就绪态和封锁态（或等待态）。 进程的状态可依据一定的条件和原因而变化 2．Linux进程状态 p145 3．进程的模式和类型 p145 在Linux系统中，进程的执行模式划分为用户模式和内核模式 按照进程的功能和运行的程序来分，进程划分为两大类：一类是系统进程，另一类是用户进程 4．Linux线程 p146 Linux把线程定义为进程的“执行上下文” 具有一段可执行的程序、专用的系统堆栈空间、私有的“线程控制块”（即thread_struct数据结构） 缺少自己的存储空间 5.2.2 进程的结构 p146 1．task_struct结构 （PCB） task_struct结构包含下列几方面的信息： ·进程状态 ·调度信息 ·标志符 ·内部进程通讯 ·链接信息 ·时间和计时器 ·文件系统 ·虚拟内存 ·处理器信息 2．进程系统堆栈 p147 每个进程都有一个系统堆栈，用来保存中断现场信息和进程进入内核模式后执行子程序（函数）嵌套调用的返回现场信息。 每个进程的系统堆栈和task_struct数据结构之间存在紧密联系，因而二者物理存储空间也连在一起 系统堆栈的大小静态确定，用户堆栈可在运行时动态扩展 5.2.3 对进程的操作 p147 1．进程的创建 各个进程构成了树形的进程族系 内核在引导并完成了基本的初始化以后，就有了系统的第一个进程（即初始化进程，实际上是内核线程）。除此之外，所有其他的进程和内核线程都由这个原始进程或其子孙进程所创建。 除初始化进程外，其他进程都是用系统调用fork( )和clone( )创建的。 fork( )是全部复制 ，而clone( ) 有选择地复制 提问，以下程序运行后，内存中共有多少个进程 分析以下程序的结果 2．进程的等待/进程的同步 p147 wait() wait3() wait4（） 使用系统调用wait()，可使进程与其执行的子进程的终止点同步。 原理：父进程执行wait()，暂停执行，处于等待状态，直到任一个子进程执行完毕唤醒父进程。 系统调用wait3( ) 功能和wait()类似，都是等待它的任一个子进程终止。 系统调用wait4(pid)等待某个特定的子进程终止。 3．进程的终止 进程可使用系统调用exit( )终止自己,变成僵死状态 其实现算法如下： （1）撤消所有的信号量。 （2）释放其所有的资源，包括存储空间、已打开的文件、工作目录、信号处理表等。 （3）置进程状态为“终止态”（TASK_ZOMBIE）。 （4）向它的父进程发送子进程终止的信号。 （5）执行进程调度。 Exit的调用方式为： exit(status); status是一个整数，作为一种状态在当前进程结束时传递给父进程。 exit(0)-----表示正常退出 exit(1)-----表示异常退出 4.进程映像的更换/指定进程执行另一程序的系统调用（exec系统调用） p148 为什么要使用exec系统调用？ 在使用fork()创建子进程后，由于父子进程执行的是相同代码。如果我们需要父子进程完成不同的任务的时候，仅用fork()调用是做不到的。 因此常常将fork()和exec系统调用配合使用，达到实际需要 通常是fork()创建一个子进程，拷贝父进程的一个副本；再使用exec调用让子进程