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13 进程

2023-04-29 11:16:52 来源：博客园

进程：

(相关资料图)

从进程的结构看：进程是一个应用程序运行时刻的实例；

从进程的功能看：进程是应用程序运行时所需资源的容器；

从操作系统对进程的实现角度看：进程是一堆数据结构；

进程的结构：

进程必须要有一个地址空间：这个地址空间包括至少两部分：一部分是内核，一部分是用户的应用程序；

每个进程拥有x86 CPU的整个虚拟地址空间，这个虚拟地址空间被分成两部分，上半部分是进程共享的内核部分，里面放着一份内核代码和数据；下半部分是应用程序，各自独立；

R0特权级运行在内核地址空间，R3特权级运行在下半部分的应用程序中；

应用程序和内核的关系：应用程序需要内核提供相关的资源，内核需要控制应用程序的运行，并且内核必须能够命令应用程序能够随时中断，进入内核地址空间，也能恢复执行，这就需要保存应用程序的机器上下文以及运行时刻的栈；

内核提供服务的机制：内核是这样提供服务的，通过停止应用程序代码运行，进入内核地址空间运行内核代码，随后返回结果；同时，内核还需要记录一个应用程序都访问了哪些资源，用资源描述符表示；其中带*号的是每个进程各自一份；

实现进程：

thread_t 结构表示一个进程；其中包括权限，分为用户进程和系统进程；优先级分64个；objnode_t 结构代表进程打开资源的描述符；

进程的地址空间：

thread_t 结构中有个mmadrsdsc_t 结构的指针，是一个进程的完整的地址空间；

进程的机器上下文：

包括CPU寄存器、内核函数调用路径；进程调度器函数会调用进程i切换函数，切换进程，而在进程切换函数中会保存栈寄存器的值；

context_t 结构，负责保存这些信息；其中有一个x64tss_t 结构指针，这个结构本身的地址存放在一个GDT表项中，由CPU的tr寄存器指向，tr寄存器中的值是GDT中x64tss_t 结构项对应的索引；

切换流程：CPU 在发生中断时，会根据中断门描述里的目标段选择子，进行必要的特权级切换，特权级的切换就必须要切换栈，CPU 硬件会自己把当前 rsp 寄存器保存到内部的临时寄存器 tmprsp；然后从 x64tss_t 结构体中找出对应的栈地址，装入 rsp 寄存器中；接着，再把当前的 ss、tmprsp、rflags、cs、rip，依次压入当前 rsp 指向的栈中。

建立进程：

包括进程的应用程序栈和进程的内核栈、进程的地址空间等；

建立进程接口：

krlnew_thread 接口函数，进程应用程序栈、进程内核栈大小检查，然后根据参数是创建内核进程还是用户进程；

1、内核进程：

以进程的方式执行一段内核代码，可以随时暂停或者运行、并发运行，但不会回到进程的应用程序地址空间中，只在内核地址空间中；

krlnew_kern_thread_core 函数：先分配内核栈空间，然后建立thread_t 结构体的实例变量，再设置进程权限、进程优先级、进程的内核栈顶和内核栈开始地址，并初始化进程的内核栈，加入进程调度系统；返回进程指针；

创建thread_t 结构：

就是分配一块内存用于存放thread_t 结构，krlnew_thread_dsc 接口函数，调用thread_t_init 函数初始化分配 thread_t 结构；进程id为thread_t 结构的地址；CPU的id也设置为0（只有一个）；

初始化内核栈：

在进程的内核栈中放置一份CPU的寄存器数据，这份CPU寄存器数据就是一个进程机器上下文的一部分；又因为寄存器有位置关系，定义结构体来初始化；

intstkregs_t 结构，每个字段都是8字节的；krlthread_kernstack_init 函数实现处理栈顶16字节对齐，内核栈顶减去intstkregs_t结构的大小，段选择子指向内核代码段选择子，接着返回进程的内核栈，设置进程下一次运行的栈地址；

该结构最后定义的字段放在栈顶位置，最先定义的放在栈底位置；

然后初始化返回进程应用程序空间的内核栈；krlthread_userstack_init 函数实现，与上述初始化相同，只不过段选择子指向了应用程序的代码段和数据段；CPU根据这个代码段、数据段选择子切换特权级；就能返回进程的应用程序空间了；

2、用户进程：

krlnew_user_thread_core 函数：分配应用程序栈空间，分配内核栈空间，建立thread_t 结构体的实例变量，与建立内核进程相比，建立用户进程两点不同：一是多分配了一个应用程序栈，内核进程不会返回到进程的应用程序空间，所以不需要应用程序栈，用户进程需要；二是在最后调用了krlthread_userstack_init 函数，初始化返回进程应用程序空间的内核栈；

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