操作系统进程控制与通信解析

"本章主要探讨Linux环境下的进程控制与进程间通信，涵盖了进程与程序的概念，进程的组成，以及进程逻辑地址空间的布局。同时提到了UNIX内核中的进程系统数据，包括进程控制块（PCB）的相关信息。" 在计算机操作系统中，进程是系统进行资源分配和调度的基本单位，而程序是一系列有序的指令和数据集合，通常存储在磁盘上，文件的i节点标记为可执行。当程序被加载到内存并开始执行时，就形成了一个进程。进程不仅包含程序的指令段和用户数据段，还包括系统数据段，这些数据段共同构成了进程的执行环境。 进程与程序之间的关系是，程序用于初始化进程的指令和数据段，一旦初始化完成，进程就独立于创建它的程序，即使磁盘上的程序文件不能在进程运行时被修改或删除。多个进程可以由同一个程序初始化，这些进程之间并无直接联系，内核可能通过共享指令段来节省内存，但这对用户是透明的。 进程通常由四个主要部分组成： 1. 指令段（Text）：包含主程序、子程序及库函数的CPU指令代码，这部分是只读且大小固定的。 2. 用户数据段：存储全局变量、静态变量和字符串常量，支持动态内存分配，可通过sbrk()等系统调用来扩展或收缩。 3. 用户堆栈段：用于函数调用，保存返回地址，传递参数，以及函数内部变量。命令行参数和环境参数也存储在这里，堆栈会根据需要动态增长，但有增长限制。 4. 系统数据段：包含页表、进程状态、优先级信息、核心堆栈、当前目录、根目录、打开的文件描述符表、umask值、进程ID、父进程ID、实际用户ID/GID、有效用户ID/GID、进程组号等，这些都是内核管理和控制进程所需的信息。 在进程的逻辑地址空间中，从低地址到高地址依次是指令段、初始化的只读型数据、初始化的读写型数据、未初始化的数据以及动态分配的内存。命令行参数和环境参数位于用户堆栈的底部，而堆栈自栈顶向低地址方向增长。 在UNIX系统中，进程控制块（PCB）分为user结构和proc结构，user结构包含了大部分与用户相关的状态信息，而proc结构则包含了更多的内核管理信息，如进程状态、优先级、页表等。这样的设计使得用户空间和内核空间的数据分离，提高了系统的安全性。 本章内容深入剖析了Linux系统中进程的生命周期、结构以及它们如何与程序相互作用，同时也介绍了进程间通信的基础知识，对于理解操作系统的工作原理至关重要。