作業系統 Linux下的程式

Linux的程式

Linux程式的兩種執行模式

• 在Linux裡，一個程式既可以執行使用者程式，又可以執行作業系統程式。當程式執行使用者程式時，稱其為處於“使用者模式”；當程式執行時出現了系統呼叫或中斷事件，轉而去執行作業系統核心的程式時，稱其為處於“核心模式”。
• 在Linux裡處理機就具有兩種執行狀態：核心態和使用者態。

Linux下程式概念及特徵

（1）、在Linux裡，把程式定義為“程式執行的一個例項”
（2）、程式一方面競爭並佔用系統資源（比如裝置和記憶體），向系統提出各種請求服務；程式另一方面是基本的排程單位，任何時刻只有一個程式在CPU上執行。

Linux程式實體的組成

Linux中，每個程式就是一個任務（task），一般具有以下四個部分：
（1）程式控制塊（在Linux裡，也稱為程式描述符。）。
（2）程式專用的系統堆疊空間；
（3）供程式執行的程式段（在Linux裡，稱為正文段）；
（4） 程式專用的資料段和使用者堆疊空間

Linux的程式控制塊——程式描述符

在Linux中，程式的程式描述符是一個結構型別的資料結構：task_struct。

程式描述符組成內容

• 程式標識（pid）；
• 程式狀態（state）；
• 程式排程資訊，包括排程策略（policy）、優先順序別（priority和rt_priority）、時間片（counter）等；
• 接收的訊號（*sig）；
• 程式家族關係；
• 程式佇列指標；
• CPU的現場保護區；
• 與檔案系統有關的資訊。

Linux的程式狀態

Linux的程式可以有五種不同的狀態

程式狀態

• 可執行狀態
• 可中斷狀態
• 不可中斷狀態
• 暫停狀態
• 僵死狀態

程式的建立與撤銷

• Linux中的每個程式，都有一個建立、排程執行、撤銷死亡的生命期。 Linux系統中的各個程式，相互之間構成了一個樹型的程式族系。

Linux的程式排程

Linux的程式排程型別

• 在Linux中，程式排程被分為實時程式排程和非實時程式排程兩種。

Linux程式描述符中與排程有關的欄位

• Linux程式描述符中，有四個欄位與程式排程有關，它們是：policy、priority、rt_priority和counter。

Linux的三種程式排程策略

• Linux程式描述符中的policy欄位，可以取三個值：SCHED_FIFO、SCHED_RR以及SCHED_OTHER。
  （1）SCHED_FIFO——實時程式的先進先出排程策略
  （2）SCHED_RR——實時程式的輪轉排程
  （3）SCHED_OTHER——非實時程式的輪轉排程

Linux的等待佇列

Linux程式間的通訊—訊息佇列

• 訊息佇列是程式間的一種非同步通訊方法。所謂“非同步”，即傳送訊息的程式在訊息發出之後，不必等待接收程式做出反應，就可以去做其他的事情了。

"訊息"的資料結構

Linux中的每個訊息，由兩個部分組成：訊息頭和訊息緩衝區。

訊息佇列的資料結構

Linux訊息佇列是struct msqid_ds型的資料結構。

訊息佇列表的資料結構

程式間藉助訊息佇列來傳遞資料，因此係統中可以建立多個訊息佇列。Linux是通過“訊息佇列表”來管理所有訊息佇列的。

有關訊息佇列的系統呼叫

• 建立一個新的訊息佇列：newque( )
• 刪除一個訊息佇列：freeque( )
• 向一個訊息佇列傳送一條訊息：msgsnd( )
• 從一個訊息佇列中接收一條訊息：msgrcv( )