【Linux】进程（二）Linux进程地址空间、写时拷贝

什么是地址空间？

在Linux系统下的多个进程，都会有如上的虚拟地址空间，并且是各自独立的；其并不是真实的内存（即物理内存），单个进程的虚拟地址空间中又被划分为不同的区域。

进程能够看到的只是一块虚拟的、有着不同分区的连续内存块，其能看到的地址也只是虚拟地址空间的虚拟地址，通过页表结构构建起的虚拟地址与物理地址的映射关系，实现虚拟地址到物理地址的转换，从而对物理内存进行操作。

为什么要有地址空间？

1. 保护内存
   我们知道在C语言中有指针操作，如果没有虚拟地址空间，那么直接操作的就是物理地址，指针操作很容易误修改其他进程的数据，从而造成运行结果紊乱；如果误修改了操作系统的某些数据，甚至可能造成操作系统崩溃。
2. 内存连续化处理
   在很多情况下，一个进程中的多个数据的存储是不连续的，访问起来不方便，也增加了异常越界的概率。操作系统通过虚拟化地址空间，将实际不连续的物理内存连续化处理了，

Linux如何管理地址空间？

管理 = 描述 + 组织。地址空间在操作系统中本质是一个数据结构struc mm_struct，包含着划分区域的信息，例如区域的起始的物理地址和结束的物理地址。struct mm_struct会保存在PCB中，操作系统只要拿到某一进程的PCB，就能得到该进程对应的内存信息。

写时拷贝

通常，父子进程代码共享，其任意一方不写入时，数据也是共享的。但由于进程的独立性，当有任意一方对其中的数据进行修改时，试图写入方需要拷贝一份待修改数据的副本，并修改页表结构的映射，因此父子进程的写入数据所占有的物理内存是不同的，而只读数据仍共享；从而父子进程各自的运行互不干扰。

这样做的好处就是节省空间和时间。父子进程代码共享，如果二者都只对数据进行读操作，那就不会涉及到相互影响，不需要在子进程创建后直接拷贝新的数据，从而节省时间；

再者，并不是所有的数据都需要被拷贝，可能只有部分的数据是会被修改的，因此在某一部分的数据被试图写入时，只拷贝这部分的数据，从而节省空间。例如父子进程共享着10M的数据，而某一进程只需要写入1M的空间，那么此时只需要拷贝1M的空间。

运行队列？等待队列？

操作系统在管理进程时，实际上是管理由多个task_struct组成的数据结构，如双向链表，因此task_struct中必然包含着彼此之间大量的连接信息，用于调度和切换等。

1. 运行队列（runqueue）
   由多个处于R状态的进程PCB连接而成，等待被CPU调度
2. 等待队列（waitqueue）
   由多个处于D状态的进程PCB连接而成，处于D状态的进程通常在等待外部硬件的I/O而陷入深度睡眠状态，而被放入等待队列当中；当等待的磁盘或网卡可以被读取或者写入时 会唤醒等待队列中的进程，将PCB从waitqueue转到runqueue中去执行当前进程的读写代码。