1 進程總覽

進程是對邏輯的抽象，我們從操作系統的書籍中對進程有了很多的認識，但是對進程的實現可能不太了解，這篇文章嘗試解釋一下關于進程實現的大致原理。
進程的實現，其實和我們平時寫代碼的時候一樣，比如我們要表示一個東西，我們會定義一個數據結構。進程也不例外。所以進程的本質就是一個數據結構，他保存了一系列的數據。操作系統以數組或者鏈表的形式和全部的進程管理起來。進程可以說分為兩種
1 系統初始化時第一個進程，
2 除了第一個進程外的其他進程，他們都是由fork或者fork+execute系統調用創建出來的。
我們首先看一下進程的結構體都有什么信息。

 

2 進程的執行

當系統創建一個進程之后，會設置cs:ip寄存器的值，如果是fork，則ip就是fork函數后面的語句的ip地址。如果是execute則ip地址由編譯器指定。不管怎樣，當進程開始執行的時候，cpu就會解析cs:ip拿到一條指令去執行。那么cs:ip是如何被解析的呢？
    執行進程的時候，tss選擇子(GDT索引)被加載到tss寄存器，然后把tss里的上下文也加載到對應的寄存器，比如cr3，ldt選擇子。根據tss信息中的ldt索引首先從GDT找到進程ldt結構體數據的首地址，然后根據當前段的屬性，比如代碼段，則從cs中取得選擇子，系統從ldt表中取得進程線性空間的首地址、限長、權限等信息。用線性地址的首地址加上ip中的偏移，得到線性地址，然后再通過頁目錄和頁表得到物理地址，物理地址還沒有分配則進行缺頁異常等處理。

3 進程的掛起和喚醒

進程的掛起、阻塞、多進程。這些概念我們平時聽得比較多，現在我們來看看他是實現是怎樣的。進程的掛起，或者說阻塞分為兩種。
1 主動掛起。通過sleep讓進程間歇性掛起。sleep的原理之前有分析過，就不再分析。大概的原理

• 就是設置一個定時器，到期后喚醒進程。

• 修改進程為掛起狀態，等待喚醒。

2 被動掛起。
被動掛起的場景比較多，主要是進程申請一個資源，但是資源沒有滿足條件，則進程被操作系統掛起。比如我們讀一個管道的時候。管道沒有數據可讀，則進程被掛起。插入到管道的等待隊列。

    

// 當前進程掛載到睡眠隊列p中，p指向隊列頭指針的地址
void sleep_on(struct task_struct **p)
{
    struct task_struct *tmp;

    if (!p)
        return;
    if (current == &(init_task.task))
        panic("task[0] trying to sleep");
    /*
        *p為第一個睡眠節點的地址，即tmp指向第一個睡眠節點
        頭指針指向當前進程，這個版本的實現沒有采用真正鏈表的形式，
        他通過每個進程在棧中的臨時變量形成一個鏈表，每個睡眠的進程，
        在棧里有一個變量指向后面一個睡眠節點，然后把鏈表的頭指針指向當前進程，
        然后切換到其他進程執行，當被wake_up喚醒的時候，wake_up會喚醒鏈表的第一個
        睡眠節點，因為第一個節點里保存了后面一個節點的地址，所以他喚醒后面一個節點，
        后面一個節點以此類推，從而把整個鏈表的節點喚醒，這里的實現類似nginx的filter，
        即每個模塊保存后面一個節點的地址，然后把全局指針指向自己。
    */
    tmp = *p;
    *p = current;
    // 不可中斷睡眠只能通過wake_up喚醒，即使有信號也無法喚醒
    current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;
    // 進程調度
    schedule();
    // 喚醒后面一個節點
    if (tmp)
        tmp->state=0;
}

// 喚醒隊列中的第一個節點，并清空鏈表，因為第一個節點會向后喚醒其他節點
void wake_up(struct task_struct **p)
{
    if (p && *p) {
        (**p).state=0;
        *p=NULL;
    }
}

我們發現，進程的實現，和我們平時寫代碼差不多，就是定義數據結構，然后實現操作數據結構的算法。當然，因為涉及到硬件底層，操作系統的實現比我們的代碼復雜得多。