进程控制块PCB详解

 

PCB(process control block)，进程控制块，是我们学习操作系统后遇到的第一个数据结构描述，它是对系统的进程进行管理的重要依据，和进程管理相关的操作无一不用到PCB中的内容。一般情况下，PCB中包含以下内容：

（1）进程标识符（内部，外部）
（2）处理机的信息（通用寄存器，指令计数器，PSW，用户的栈指针）。
（3）进程调度信息（进程状态，进程的优先级，进程调度所需的其它信息，事件）
（4）进程控制信息（程序的数据的地址，资源清单，进程同步和通信机制，链接指针）

    数据结构中定义的内容是为后面的管理提供支持的，所以不同的操作系统根据自己的特点又对PCB的内容做了一些调整。下面整理了比较流行的一些操作系统的PCB结构，供参考。

1.Linux的进程块

    Linux的进程控制块为一个由结构task_struct所定义的数据结构，task_struct存
/include/ linux/sched.h 中，其中包括管理进程所需的各种信息。Linux系统的所有进程控制块组织成结构数组形式。早期的Linux版本是多可同时运行进程的个数由NR_TASK(缺省值为512)规定,NR_TASK即为PCB结果数组的长度。近期版本中的PCB组成一个环形结构，系统中实际存在的进程数由其定义的全局变量nr_task来动态记录。结构数组：struct task_struct *task[NR_TASK]={&init_task}来记录指向各PCB的指针，该指针数组定义于/kernel/sched.c中。

    在创建一个新进程时，系统在内存中申请一个空的task_struct区，即空闲PCB块，并填入所需信息。同时将指向该结构的指针填入到task[]数组中。当前处于运行状态进程的PCB用指针数组current_set[]来指出。这是因为Linux支持多处理机系统，系统内可能存在多个同时运行的进程，故current_set定义成指针数组。
    Linux系统的PCB包括很多参数，每个PCB约占1KB多的内存空间。用于表示PCB的结构task_struct简要描述如下：
struct task_struct{
...
unsigned short uid;
int pid;
int processor;
...
volatile long state;
long prority;
unsighed long rt_prority;
long counter;
unsigned long flags;
unsigned long policy;
...
Struct task_struct *next_task, *prev_task;
Struct task_struct *next_run,*prev_run;
Struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*pysptr,*p_ptr;
...
};
下面对部分数据成员进行说明:
(1)unsigned short pid 为用户标识
(2)int pid 为进程标识
(3)int processor标识用户正在使用的CPU,以支持对称多处理机方式；
(4)volatile long state 标识进程的状态，可为下列六种状态之一：
可运行状态(TASK-RUNING);
可中断阻塞状态(TASK-UBERRUPTIBLE)
不可中断阻塞状态(TASK-UNINTERRUPTIBLE)
僵死状态(TASK-ZOMBLE)
暂停态(TASK_STOPPED)
交换态(TASK_SWAPPING)
(5)long prority表示进程的优先级
(6)unsigned long rt_prority 表示实时进程的优先级，对于普通进程无效
(7)long counter 为进程动态优先级计数器，用于进程轮转调度算法
(8)unsigned long policy 表示进程调度策略，其值为下列三种情况之一：
SCHED_OTHER(值为0)对应普通进程优先级轮转法(round robin)
SCHED_FIFO(值为1)对应实时进程先来先服务算法；
SCHED_RR(值为2)对应实时进程优先级轮转法
(9)struct task_struct *next_task,*prev_task为进程PCB双向链表的前后项指针
(10)struct task_struct *next_run,*prev_run为就绪队列双向链表的前后项指针
(11)struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_ptr指明进程家族间的关系，分别为指向祖父进程、父进程、子进程以及新老进程的指针。

2.Unix的进程块(教科书10.2节有详细介绍)

在 UNIX 系统Ⅴ中， 把进程控制块分为四部分：

　　　进程表项

　　　　　 进程标识符(PID)

　　　　　 用户标识符(UID)

　　　　　 进程状态

　　　　　 事件描述符

　　　　　 进程和U区在内存或外存的地址

　　　　　 软中断信息

　　　　　 计时域

　　　　　 进程的大小

　　　　　 偏置值nice

　　　　　 P-Link指针

　　　　　 指向U区进程正文、数据及栈在内存区域的指针

　　　　U 区 　

　　　　　 进程表项指针

　　　　　 真正用户标识符u-ruid(real user ID)

　　　　　 有效用户标识符u-euid(effective user ID)

　　　　　 用户文件描述符表

　　　　　 当前目录和当前根

　　　　　 计时器

　　　　　 内部I/O参数

　　　　　 限制字段

　　　　　 差错字段

　　　　　 返回值

　　　　　 信号处理数组

　进程区表

　　　　　 区的类型和大小

　　　　　 区的状态

　　　　　 区在物理存储器中的位置

　　　　　 引用计数

　　　　　 指向文件索引结点的指针

系统区表 进程区表项、系统区表项和区的关系 进程的数据结构

 进程状态与进程映像  

　　　进程状态

3.windows下的PCB

        按照MS的定义, Windows中的进程简单地说就是一个内存中的可执行程序, 提供程序运行的各种资源. 进程拥有虚拟的地址空间, 可执行代码, 数据, 对象句柄集, 环境变量, 基础优先级, 以及最大最小工作集.
       Windows中的线程是系统处理机调度的基本单位. 线程可以执行进程中的任意代码, 包括正在被其他线程执行的代码. 进程中的所有线程共享进程的虚拟地址空间和系统资源. 每个线程拥有自己的例外处理过程, 一个调度优先级以及线程上下文数据结构. 线程上下文数据结构包含寄存器值, 核心堆栈, 用户堆栈和线程环境块.

        Windows中的进程控制块是EPROCESS结构, 线程控制块是ETHREAD结构. EPROCESS/ETHREAD的定义在inside windows2000中有比较详细的描述。

        Windows的进程链表是一个双向环链表。这个环链表LIST_ENTRY结构把每个EPROCESS链接起来. 那么只要找到一个EPROCESS结构, 我们就可以遍历整个链表, 这就是枚举进程的原理。

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