进程控制块PCB

参考一

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 进程控制块PCB_第1张图片         进程的数据结构 进程控制块PCB_第2张图片                                                       进程状态与进程映像    进程状态 进程控制块PCB_第3张图片

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。

建议:同学看看<<Windows核心编程>>这本书,对大家进行高级程序设计有很大的帮助

 

参考二

进程控制块PCB  

进程的静态描述:由三部分组成
              PCB、有关程序段和该程序段对其进行操作的数据结构集。
各部分的作用:
1 进程控制块:用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。                                                                                                     
2 程序段:是进程中能被进程调度程序在CPU上执行的程序代码段。
3 数据段:一个进程的数据段,可以是进程对应的程序加工处理的原始数据,也可以是程序执行后产生的中间或最终数据。
  PCB中主要包括四个方面用于描述和控制进程运行的信息。
  1.进程标识符信息
        进程标识符用于唯一的标识一个进程。一个进程通常有以下两种标识符。
                          外部标识符。由创建者提供,通常是由字母、数字组成,往往是用户(进程)访问该进程使用。外部标识符便于记忆,如:计算进程、打印进程、发送进程、接收进程等。
                          内部标识符:为了方便系统使用而设置的。在所有的OS中,都为每一个进程赋予一个唯一的整数,作为内部标识符。它通常就是一个进程的符号,为了描述进程的家族关系,还应该设置父进程标识符以及子进程标识符。还可以设置用户标识符,来指示该进程由哪个用户拥有。
2、处理机状态信息
      处理机状态信息主要是由处理机各种寄存器中的内容所组成。
            通用寄存器。又称为用户可视寄存器,可被用户程 序访问,用于暂存信息。
            指令寄存器。存放要访问的下一条指令的地址。
            程序状态字PSW。其中含有状态信息。(条件码、 执行方式、中断屏蔽标志等)
                用户栈指针。每个用户进程有一个或若干个与之相 关的系统栈,用于存放过程和系统调用参数及调用地址。栈指针指向该栈的栈顶。
3.进程调度信息
在PCB中还存放了一些与进程调度和进程对换有关的信息。
    (1)进程状态。指明进程当前的状态,作为进程调度和对换时的依据。
    (2)进程优先级。用于描述进程使用处理机的优先级别的一个整数,优先级高的进程优先获得处理机。
    (3)进程调度所需要的其他信息。(进程已等待CPU的时间总和、进程已执行的时间总和)
    (4)事件。这是进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件。(阻塞原因)
进程上下文:
      是进程执行活动全过程的静态描述。包括计算机系统中与执行该进程有关的各种寄存器的值、程序段在经过编译之后形成的机器指令代码集、数据集及各种堆栈值和PCB结构。可按一定的执行层次组合,如用户级上下文、系统级上下文等。

 

参考三

进程控制块(PCB)的结构

进程控制块 PCB (Process Control Block):

       存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构,每一个进程均有一个PCB,在创建进程时,建立PCB,伴随进程运行的全过程,直到进程撤消而撤消。

在不同的操作系统中对进程的控制和管理机制不同,PCB中的信息多少也不一样,通常PCB应包含如下一些信息。

1、进程标识符 name:

     每个进程都必须有一个唯一的标识符,可以是字符串,也可以是一个数字。UNIX系统中就是一个整型数。在进程创建时由系统赋予。

2、进程当前状态 status:

       说明进程当前所处的状态。为了管理的方便,系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列,如就绪进程队列,等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列,如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。

3、进程相应的程序和数据地址,以便把PCB与其程序和数据联系起来。

4、进程资源清单。列出所拥有的除CPU外的资源记录,如拥有的I/O设备,打开的文件列表等。

5、进程优先级 priority:

       进程的优先级反映进程的紧迫程序,通常由用户指定和系统设置。UNIX系统采用用户设置和系统计算相结合的方式确定进程的优先级 。

6、CPU现场保护区 cpustatus:

       当进程因某种原因不能继续占用CPU时(等待打印机),释放CPU,这时就要将CPU的各种状态信息保护起来,为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态,继续运行。

7、进程同步与通信机制 用于实现进程间互斥、同步和通信所需的信号量等。

8、进程所在队列PCB的链接字   根据进程所处的现行状态,进程相应的PCB参加到不同队列中。PCB链接字指出该进程所在队列中下一个进程PCB的首地址。

9、与进程有关的其他信息。 如进程记账信息,进程占用CPU的时间等。

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