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1 プロセスの概要

プロセスはロジックの抽象化であり、オペレーティング システムの書籍からプロセスについてはよく理解していますが、プロセスの実装についてはあまり知らないかもしれません。この記事では、プロセス実装の一般原則を説明します。
処理の実装は実際には普段コードを書くときと同じで、例えば何かを表現したい場合にはデータ構造を定義します。プロセスも例外ではありません。したがって、プロセスの本質は、一連のデータを保存するデータ構造です。オペレーティング システムは、すべてのプロセスを配列またはリンク リストの形式で管理します。プロセスは 2 種類に分けられると言えます。
1 システム初期化時の最初のプロセスと
2 最初のプロセスを除く他のプロセスは、fork または forkexecute システムコールによって生成されます。
まず、プロセス構造内の情報を見てみましょう。

上記は、プロセスを表す構造内の主な情報です。そして、構造はプロセスを表します。 fork は親プロセスをモジュールとして使用し、親プロセスの構造をコピーして、特定のフィールドを変更することがわかっています。新しいプロセスになります。実行が呼び出されると、コピーされた構造内のフィールド (ページ テーブル、コード セグメント、データ セグメントなど) がさらに変更されます。そして、対応するデータをハードディスクからメモリにロードします。では、最初のプロセスはどのようにして生成されるのでしょうか?プロセスは単なる構造体であるため、構造体を事前に定義しておけば、フォークせずにプロセスを作成できます。

2 プロセスの実行

システムがプロセスを作成すると、cs:ip レジスタの値が設定されます。フォークの場合、ip はfork 関数の後のステートメント IP アドレス。実行の場合、IP アドレスはコンパイラによって指定されます。何があっても、プロセスの実行が開始されると、CPU は cs:ip を解析し、実行する命令を取得します。では、cs:ip はどのように解析されるのでしょうか?
プロセスが実行されると、tss セレクター (GDT インデックス) が tss レジスターにロードされ、その後 tss 内のコンテキストも、cr3、ldt セレクターなどの対応するレジスターにロードされます。 tss 情報の ldt インデックスに従って、まず GDT からプロセス ldt 構造データの最初のアドレスを見つけ、次にコード セグメントなどの現在のセグメントの属性に従って cs からセレクターを取得します。システムは次の結果を取得します。 ldt テーブルからのプロセス線形空間の最初のアドレス、アドレス、長さ制限、権限、その他の情報。リニア アドレスの最初のアドレスと IP 内のオフセットを使用してリニア アドレスを取得し、ページ ディレクトリとページ テーブルを通じて物理アドレスを取得します。物理アドレスが割り当てられていない場合、ページ フォルト例外やその他の処理が発生します。実行される。

3 プロセスの一時停止とウェイクアップ

プロセスの一時停止、ブロック、および複数のプロセス。これらの概念はよく耳にしますが、次にそれらがどのように実装されるかを見てみましょう。プロセスの一時停止またはブロックには 2 つのタイプがあります。 ＃＃＃１積極的に一時停止します。スリープ中にプロセスを断続的にハングさせます。睡眠の原理については以前に分析したことがありますので、改めて分析するつもりはありません。一般原則は、タイマーを設定し、期限切れ後にプロセスを起動することです。

• プロセスを一時停止状態に変更し、復帰するまで待ちます。

• 2 パッシブサスペンション。

  パッシブな一時停止のシナリオは数多くあります。主に、プロセスがリソースを申請したが、リソースが条件を満たさず、プロセスがオペレーティング システムによって一時停止される場合です。たとえば、パイプを読み取るとき。パイプから読み取るデータがない場合、プロセスは一時停止されます。パイプの待機キューに挿入します。

パイプにコンテンツが書き込まれると、プロセスが起動されます。プロセスの中断（シグナルで覚醒できるものとシグナルで覚醒できないものの２種類に分けられる）とウェイクアップの実施。

<code>// 当前进程挂载到睡眠队列p中，p指向队列头指针的地址<br>void sleep_on(struct task_struct **p)<br>{<br>    struct task_struct *tmp;<br><br>    if (!p)<br>        return;<br>    if (current == &(init_task.task))<br>        panic("task[0] trying to sleep");<br>    /*<br>        *p为第一个睡眠节点的地址，即tmp指向第一个睡眠节点<br>        头指针指向当前进程，这个版本的实现没有采用真正链表的形式，<br>        他通过每个进程在栈中的临时变量形成一个链表，每个睡眠的进程，<br>        在栈里有一个变量指向后面一个睡眠节点，然后把链表的头指针指向当前进程，<br>        然后切换到其他进程执行，当被wake_up唤醒的时候，wake_up会唤醒链表的第一个<br>        睡眠节点，因为第一个节点里保存了后面一个节点的地址，所以他唤醒后面一个节点，<br>        后面一个节点以此类推，从而把整个链表的节点唤醒，这里的实现类似nginx的filter，<br>        即每个模块保存后面一个节点的地址，然后把全局指针指向自己。<br>    */<br>    tmp = *p;<br>    *p = current;<br>    // 不可中断睡眠只能通过wake_up唤醒，即使有信号也无法唤醒<br>    current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;<br>    // 进程调度<br>    schedule();<br>    // 唤醒后面一个节点<br>    if (tmp)<br>        tmp->state=0;<br>}<br><br>// 唤醒队列中的第一个节点，并清空链表，因为第一个节点会向后唤醒其他节点<br>void wake_up(struct task_struct **p)<br>{<br>    if (p && *p) {<br>        (**p).state=0;<br>        *p=NULL;<br>    }<br>}</code>

このプロセスの実装は、データ構造を定義し、そのデータ構造を操作するアルゴリズムを実装するという通常のコードの記述方法と似ていることがわかりました。もちろん、基礎となるハードウェアが関係するため、オペレーティング システムの実装はコードよりもはるかに複雑です。

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