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Project：进程的切换 对Linux中进程的切换过程进行分析，提交分析报告 精品文档 进程的创建 许多进程可以并发的运行同一程序，这些进程共享内存中程序正文的单一副本，但每个进程有自己的单独的数据和堆栈区 一个进程可以在任何时刻可以执行新的程序，并且在它的生命周期中可以运行几个程序 又如，只要用户输入一条命令，shell进程就创建一个新进程 精品文档 传统的UNIX操作系统采用统一的方式来创建进程 子进程复制父进程所拥有的资源 缺点： 创建过程慢、效率低 事实上，子进程复制的很多资源是不会使用到的 现代UNIX内核通过引入三种不同的机制来解决这个问题 精品文档 1、写时复制技术，Copy-On-Writing，COW写时复制技术允许父子进程能读相同的物理页。 只要两者有一个进程试图写一个物理页，内核就把这个页的内容拷贝到一个新的物理页，并把这个新的物理页分配给正在写的进程 精品文档 2、轻量级进程允许父子进程共享许多数据结构 页表 打开的文件列表 信号处理 3、vfork 使用vfork创建的新进程能够共享父进程的内存地址空间。父进程在这个过程中被阻塞，直到子进程退出或者执行一个新的程序 精品文档 Linux的进程创建 Linux提供了几个系统调用来创建和终止进程，以及执行新程序 Fork，vfork和clone系统调用创建新进程 其中，clone创建轻量级进程，必须指定要共享的资源 exec系统调用执行一个新程序 exit系统调用终止进程（进程也可以因收到信号而终止） 精品文档 fork fork系统调用创建一个新进程 调用fork的进程称为父进程 新进程是子进程 子进程几乎就是父进程的完全复制。它的地址空间是父进程的复制，一开始也是运行同一程序。 fork系统调用为父子进程返回不同的值 精品文档 exec 很多情况下，子进程从fork返回后很多会调用exec来开始执行新的程序 这种情况下，子进程根本不需要读或者修改父进程拥有的所有资源。 所以fork中地址空间的复制依赖于Copy On Write技术，降低fork的开销 精品文档 使用fork和exec的例子 If (result = fork() == 0){ /* 子进程代码 */ … if (execve(“new_program”,…)0) perror(“execve failed”); exit(1); }else if (result0){ perror(“fork failed”) } /* result==子进程的pid，父进程将会从这里继续执行*/ … 精品文档 分开这两个系统调用是有好处的 比如服务器可以fork许多进程执行同一个程序 有时程序只是简单的exec，执行一个新程序 在fork和exec之间，子进程可以有选择的执行一系列操作以确保程序以所希望的状态运行 重定向输入输出 关闭不需要的打开文件 改变UID或是进程组 重置信号处理程序 若单一的系统调用试图完成所有这些功能将是笨重而低效的 现有的fork-exec框架灵活性更强 清晰，模块化强 精品文档 do_fork 不论是fork，vfork还是clone，在内核中最终都调用了do_fork 精品文档 精品文档 阅读do_fork，了解大致程序流程 ？？？子进程从哪里开始执行，它的返回值是什么？ 观察子进程的初始上下文是怎么设置的 内核堆栈的内容 Thread_struct的内容 精品文档 注意：childregs指针指向哪里 eax寄存器用作返回值，这里强制为0 在上下文中，设置用户态堆栈指针 设置内核态堆栈指针 被调度后，执行入口 强制从ret_from_fork返 回用户态 此后，由于子进程处于调度队列上，因此在合适的时候会被调度， 调度时根据这里设置的上下文返回 用户态 精品文档 子进程的内核态堆栈 进程描述符 子进程的8K union esp 返回值eax被强制写0 用户态堆栈esp的值 用户态下eip的值 子进程恢复到用户态时需要的上下文 eip esp 子进程的硬件上下文 ret_from_fork 低地址 高地址 精品文档 子进程的执行 fork后，子进程处于可运行状态，由调度器决定何时把CPU交给这个子进程 进程切换后因为eip指向ret_from_fork，所以CPU立刻跳转到ret_from_fork()去执行。 接着这个函数调用ret_from_sys_call()，此函数用存放在栈中的值装载所有寄存器，并强迫CPU返回用户态 精品文档 内核线程 系统把一些重要的任务委托给周期性执行的进程 刷新磁盘高速缓存 交换出不用的页框 维护网络链接等待 内核线程与普通进程的差别 每个内核线程执行一个单独指定的内核函数 只运行在内核态 只