进程结构

1. 进程状态

进程从核心态返回用户态时，有可能被抢占，从而处于被抢占状态。

进程通过系统调用进入核心态运行时，若该系统调用是请求磁盘IO操作，则进程进入内存睡眠状态。IO完成后，中断程序唤醒该进程，则进入内存就绪状态。

用户进程可以发起系统调用，从而切换到”内核状态“，但不能控制何时从内核返回。

进程中的u区只能由正在运行的进程来存取。

2. 系统存储

进程逻辑段： text, data（全局变量）, stack。编译程序在虚地址空间上生成地址。由存储管理部分将虚地址转换成物理地址。因此，编译程序不必知道内核以后会把程序装入内存的什么地方执行。

1） 区

几个进程可以共享一个正文区，但其数据区和栈区是各自私有的。

每个进程有一个私有的本进程区表pregion，指向一个区表项，并含有该区在进程中的其实虚地址。

2） page

存储管理硬件将物理存储器分为一些大小相等的块，成为页，大小512到4k字节。分配物理页不一定是连续的。

内核将区中的逻辑页号映射为机器上的物理页号。在一个程序中，区是连续的地址空间，逻辑页号可以作为物理页号数组的下标。

3） u区

每个进程有一个私有的u区，然而当内核访问u区时，就好像系统中只有一个u区，即正在运行的u区。

内核只要通过一个新地址重写u区页表地址项，就能引用另一个进程的u区。内核的正文和数据是由所有进程所共享的。

3. 进程上下文

进程上下文包括：

• user-level context。包括进程正文、数据、用户栈、共享存储区。
• regiester context。计数器、状态寄存器、栈指针、通用寄存器。
• system-level context。即内核上下文，包括静态（进程表项、进程u区、本进程区表，区表决定进程的正文、数据、栈等区域），动态（进程核心栈、后进先出的context layer栈）

核心栈装有进程函数的调用序列。上下文层context layer处理中断中的context压入和弹出等。

一个进程在它的当前上下文层中运行。机器所能支持的中断级数目，限制了下下文层的数目。对于支持5中中断级的系统，一个进程最多可有7个上下文层：每个中断级共5个、系统调用一个、用户级一个。

4. 进程上下文保存

1）中断

中断发生时，处理过程为：

• 保存（压入）——当前上下文层
• 调用中断处理程序
• 恢复（弹出）前一上下文层

2）系统调用

3）上下文切换

内核在以下四种情况下允许发生上下文切换：

• 进程使自己进入睡眠
• 从系统调用返回用户态但不是最有资格运行的进程
• 在内核完成中断处理返回用户态但不是最有资格的进程
• 推出（exit）

5. 进程地址空间的管理

allocreg 分配一个区数据结构，返回一个上锁的、已分配的区。
attachreg 将区附接到进程。在fork,exec期间，内核要使一个区和一个进程地址空间联系起来。

6. sleep和wakeup

在一个事件上睡眠，实际上是将一组时间映射到一组虚地址上，代表这些时间的地址被编码在内核中。

sleep将睡眠地址和优先级保存在进程表中，将进程放到睡眠进程的散列队列中。

wakeup对睡眠在输入的睡眠地址上的每个进程，将其状态置为就绪，并从睡眠进程队列移除，放到调度队列中。