【正文】 ? Linux系統(tǒng)結(jié)構(gòu) L i n u x K e r n e lM o d u l e sD e v i c eD r i v e r sModuleInterfaceDeviceDriverInterfaceS y s t e m C a l l I n t e r f a c e ( P O S I X . 1 ) , s h e l l , G U I , C o m p i l e r , L i b r a r y , e t c .P P P P P硬 件 層L i n u x 內(nèi) 核 層用 戶 進(jìn) 程O t h e rD e v i c e sC P UD i s kO S 服 務(wù) 層Linux內(nèi)核組成 Linux內(nèi)核主要由五個(gè)子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信。 (1) 進(jìn)程調(diào)度（ SCHED） :控制進(jìn)程對(duì) CPU的訪問。當(dāng)需要選擇下一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，由調(diào)度程序選擇最值得運(yùn)行的進(jìn)程。可運(yùn)行進(jìn)程實(shí)際上是僅等待 CPU資源的進(jìn)程，如果某個(gè)進(jìn)程在等待其它資源，則該進(jìn)程是不可運(yùn)行進(jìn)程。 Linux使用了比較簡單的基于優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程調(diào)度算法選擇新的進(jìn)程。 Linux內(nèi)核功能 (2) 內(nèi)存管理（ MM）允許多個(gè)進(jìn)程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域。 Linux 的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序，其代碼，數(shù)據(jù)，堆棧的總量可以超過實(shí)際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只是把當(dāng)前使用的程序塊保留在內(nèi)存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時(shí)，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)在磁盤和內(nèi)存間交換程序塊。內(nèi)存管理從邏輯上分為硬件無關(guān)部分和硬件有關(guān)部分。硬件無關(guān)部分提供了進(jìn)程的映射和邏輯內(nèi)存的對(duì)換；硬件相關(guān)的部分為內(nèi)存管理硬件提供了虛擬接口。 Linux內(nèi)核功能 (3) 虛擬文件系統(tǒng)（ Virtual File System,VFS）隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口， VFS提供了多達(dá)數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。邏輯文件系統(tǒng)指 Linux所支持的文件系統(tǒng)，如ext,fat等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指為每一種硬件控制器所編寫的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊。 Linux內(nèi)核功能 (4) 網(wǎng)絡(luò)接口（ NET）提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通訊，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。 (5)進(jìn)程間通訊 (IPC) 支持進(jìn)程間各種通信機(jī)制。 Linux內(nèi)核功能 各個(gè)子系統(tǒng)之間的依賴關(guān)系如下： 處于中心位置的進(jìn)程調(diào)度，所有其它的子系統(tǒng)都依賴它，因?yàn)槊總€(gè)子系統(tǒng)都需要掛起或恢復(fù)進(jìn)程。一般情況下，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等待硬件操作完成時(shí)，它被掛起；當(dāng)操作真正完成時(shí)，進(jìn)程被恢復(fù)執(zhí)行。 例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一條消息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口需要掛起發(fā)送進(jìn)程，直到硬件成功地完成消息的發(fā)送，當(dāng)消息被成功的發(fā)送出去以后，網(wǎng)絡(luò)接口給進(jìn)程返回一個(gè)代碼，表示操作的成功或失敗。其他子系統(tǒng)以相似的理由依賴于進(jìn)程調(diào)度。 Linux內(nèi)核功能 進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)存管理之間的關(guān)系：這兩個(gè)子系統(tǒng)互相依賴。在多道程序環(huán)境下，程序要運(yùn)行必須為之創(chuàng)建進(jìn)程，而創(chuàng)建進(jìn)程的第一件事情，就是將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。 進(jìn)程間通信與內(nèi)存管理的關(guān)系：進(jìn)程間通信子系統(tǒng)要依賴內(nèi)存管理支持共享內(nèi)存通信機(jī)制，這種機(jī)制允許兩個(gè)進(jìn)程除了擁有自己的私有空間，還可以存取共同的內(nèi)存區(qū)域 。 虛擬文件系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)接口之間的關(guān)系：虛擬文件系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)接口支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) (NFS),也利用內(nèi)存管理支持 RAMDISK設(shè)備。 Linux內(nèi)核功能 內(nèi)存管理與虛擬文件系統(tǒng)之間的關(guān)系：內(nèi)存管理利用虛擬文件系統(tǒng)支持交換，交換進(jìn)程定期由調(diào)度程序調(diào)度，這也是內(nèi)存管理依賴于進(jìn)程調(diào)度的原因。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程存取的內(nèi)存映射被換出時(shí)，內(nèi)存管理向文件系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，同時(shí)，掛起當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。 除了這些依賴關(guān)系外，內(nèi)核中的所有子系統(tǒng)還要依賴于一些共同的資源。這些資源包括所有子系統(tǒng)都用到的過程。 例如：分配和釋放內(nèi)存空間的過程，打印警告或錯(cuò)誤信息的過程，還有系統(tǒng)的調(diào)試?yán)痰鹊取? Linux內(nèi)核功能 進(jìn) 程 管 理 1 進(jìn)程管理的基本概念 2 Linux中的進(jìn)程管理 1 進(jìn)程的基本概念 – 程序的順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行 1． 程序的順序執(zhí)行 所謂程序的順序執(zhí)行是指該程序獨(dú)占整個(gè)系統(tǒng)中的所有資源，處理機(jī)嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序進(jìn)行操作，只有在前一個(gè)操作執(zhí)行完后，才進(jìn)行后繼操作。 ? 程序的順序執(zhí)行有以下特征 。 – （ 1） 順序性 。 – （ 2） 封閉性 。 – （ 3） 可再現(xiàn)性 。 2． 程序的并發(fā)執(zhí)行 ? 程序的并發(fā)執(zhí)行可總結(jié)為：一組在邏輯上互相獨(dú)立的程序或程序段在執(zhí)行過程中其執(zhí)行時(shí)間在客觀上互相重疊 ， 即一個(gè)程序段的執(zhí)行尚未結(jié)束 ， 另一個(gè)程序段的執(zhí)行已經(jīng)開始的執(zhí)行方式 。 程序的順序執(zhí)行 一個(gè)有四條語句的程序段： S1: a:=x+2。 S2: b:=y+4。 S3: c:=a+b。 S4: d:=c+b。 ? 程序的順序執(zhí)行 s1 s2 s3 s4 ? 程序的并發(fā)執(zhí)行 s1 s2 s3 s4 ? 程序并發(fā)執(zhí)行時(shí)具有如下特征 。 – （ 1） 間斷性 。 – （ 2） 失去封閉性 。 – （ 3） 不可再現(xiàn)性 。 程序 A M1： N:=N+1 goto M1 程序 B M2： PRINT（ N）； N:=0； goto M2 設(shè) 共享變量 N初值為 8，則會(huì)產(chǎn)生三種執(zhí)行結(jié)果： 9， 9， 0 8， 0， 1 8， 9， 0 進(jìn)程的定義和特征 1． 進(jìn)程的定義 ? 進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合的一次運(yùn)行活動(dòng) 。 2． 進(jìn)程的特征 –（ 1） 結(jié)構(gòu)特征 –（ 2） 動(dòng)態(tài)性 –（ 3） 并發(fā)性 –（ 4） 獨(dú)立性 –（ 5） 異步性 – 進(jìn)程的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 1． 進(jìn)程的基本狀態(tài) （ 1） 就緒狀態(tài) ? 當(dāng)進(jìn)程已分配到除處理機(jī)以外的所有必要的資源后，只要再獲得處理機(jī)便可立即執(zhí)行，這時(shí)進(jìn)程的狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。 （ 2） 執(zhí)行狀態(tài) ? 執(zhí)行狀態(tài)是指進(jìn)程已獲得處理機(jī)、其程序正在執(zhí)行的狀態(tài)。 （ 3） 阻塞狀態(tài) ? 正在執(zhí)行的進(jìn)程因發(fā)生某事件而暫時(shí)無法繼續(xù)執(zhí)行時(shí)，便放棄處理機(jī)而處于暫停狀態(tài)，這種暫停狀態(tài)被稱為阻塞狀態(tài)。 ? 2． 進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換 圖 1 進(jìn)程的 3種基本狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 進(jìn)程的結(jié)構(gòu) ? 進(jìn)程結(jié)構(gòu) PCB 進(jìn)程控制塊 程序段 數(shù)據(jù)段 動(dòng)態(tài)特征的集中反映 描述要完成的功能 操作對(duì)象及工作區(qū) 2． 進(jìn)程控制塊 ? 進(jìn)程控制塊是進(jìn)程實(shí)體的一部分 ， 是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。 PCB中記錄了操作系統(tǒng)所需的 ， 用于描述進(jìn)程進(jìn)展情況及控制進(jìn)程運(yùn)行所需的全部信息 。 ? PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志 。 在進(jìn)程控制塊中，主要包括下述 4方面的信息。 （ 1）進(jìn)程描述信息 ? 進(jìn)程標(biāo)識(shí)符。每個(gè)進(jìn)程都有惟一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符，用以識(shí)別不同的進(jìn)程。 ? 用戶名或用戶標(biāo)識(shí)號(hào)。每個(gè)進(jìn)程都隸屬于某個(gè)用戶，有利于資源共享與保護(hù)。 ? 家族關(guān)系 。 標(biāo)識(shí)進(jìn)程之間的家族關(guān)系 。 （ 2）處理機(jī)狀態(tài)信息