Linux操作系统原理：探究Process Control Block

"付若轩2019级软件工程专业2020-2021学年第二学期操作系统原理课程实验报告" 本实验报告主要关注Linux操作系统中的进程控制块（Process Control Block，PCB）及其相关的知识。学生 Ruoxuan Fu 在此报告中将深入理解PCB的概念，并通过编写、编译和运行内核模块来实践操作Linux内核中的PCB。 1. 进程控制块（PCB）介绍： PCB是操作系统用来管理进程的关键数据结构，它记录了进程的状态、调度信息、内存状态、上下文信息等。在Linux系统中，每个进程都有一个与之对应的PCB，用于保存和跟踪进程的执行信息。当操作系统需要切换进程时，会通过PCB进行快速恢复和切换。 2. 内核模块的编写与编译： 实验中，学生需要学习如何编写内核模块，这些模块可以直接在内核空间运行，从而可以访问和操作系统的敏感数据结构，如PCB。编写内核模块涉及对Linux内核编程接口的理解，包括如何声明内核函数、如何与用户空间通信等。编译内核模块通常使用`make`命令，确保模块与当前运行的内核版本兼容。 3. 内核模块读取和操纵PCB： 通过编写内核模块，学生将学会如何在内核级别读取和修改PCB中的信息，例如进程的状态（如运行、就绪或等待）、优先级、CPU时间片等。这需要对内核数据结构有深入了解，以及熟悉如何在内核代码中安全地操作这些结构。 4. 进程状态的理解： 实验也要求学生理解进程的不同状态，如新态（New）、就绪态（Ready）、运行态（Running）、等待态（Blocked）和终止态（Terminated）。了解这些状态有助于理解进程的生命周期和调度策略。 5. 目标与要求： - **理解PCB**：深入理解PCB在操作系统中的作用，了解其包含的主要信息。 - **回顾内核模块**：复习编写内核模块的基本步骤，以及如何将它们加载到系统中。 - **实际操作PCB**：通过编写内核模块实现对PCB的读取和修改，以加深对PCB实际操作的理解。 6. 实验流程： 实验可能包括以下几个步骤： - 分析PCB结构 - 设计内核模块，定义读写PCB的函数 - 编译内核模块并加载到系统 - 在内核空间执行读写操作 - 观察和分析结果，验证模块功能正确性 7. 结论与反思： 完成实验后，学生应总结所学，讨论PCB在进程管理中的重要性，以及如何通过内核模块操作PCB的实际体验。此外，还需对实验过程中遇到的问题和解决方案进行反思，以提升对操作系统原理的理解和应用能力。 这个实验报告的目的是使学生不仅从理论上掌握PCB和内核模块的概念，而且能够通过实践加深理解，提升动手能力，为后续更深入的系统级编程打下坚实基础。