Linux开发学习第六天——进程内存模型、状态
目录
一、进程控制块PCB
1.概述
1. PCB ↔ 进程内存模型
2. PCB ↔ 调度器
3. PCB ↔ 上下文切换
4. PCB ↔ fork
5. PCB ↔ 僵尸进程
2.PCB里包含了什么
3.PCB存在哪里
二、进程的内存布局
1.Kernel Space——内核空间
2.stack
3.内存映射段 (File Mapping & Anonymous Mapping)
4.heap
5.BSS段（.bss）
6.数据段（.data）
7.代码段（.text）
三、linux进程状态
1.抽象理论状态
2.内核中实际状态类型
2.1.内核里的 5 种基础状态
2.2ps /top 里的状态码（最常用）
3.调度队列
3.1就绪队列
3.2等待队列
3.3终止队列
一、进程控制块PCB
1.概述
Linux 进程控制块（PCB）=task_struct
Linux 里PCB 就是内核中的struct task_struct，是内核描述一个进程 / 线程的唯一核心数据结构。
简化结构：
struct task_struct { volatile long state; /* 进程状态 */ pid_t pid; /* PID */ pid_t tgid; /* 线程组ID */ struct sched_entity se; /* 调度实体(CFS用) */ int prio; /* 动态优先级 */ int static_prio; /* 静态优先级 */ unsigned int rt_priority; /* 实时优先级 */ struct mm_struct *mm; /* 虚拟内存空间 */ struct files_struct *files; /* 打开文件表 */ struct fs_struct *fs; /* 目录信息 */ struct signal_struct *signal; /* 信号 */ struct sighand_struct *sighand; struct task_struct *parent; /* 父进程 */ struct list_head children; /* 子进程链表 */ struct thread_struct thread; /* 硬件上下文 */ u64 start_time; /* 启动时间 */ cputime_t utime, stime; /* 用户/系统CPU时间 */ };1. PCB ↔ 进程内存模型
task_struct->mm→ 指向整个虚拟地址空间（代码 / 数据 / 堆 / 栈 / 页表）
2. PCB ↔ 调度器
task_struct->se→ 调度实体，包含vruntime，挂在 CFS 红黑树上
3. PCB ↔ 上下文切换
task_struct->thread→ 保存所有寄存器，切换时保存 / 恢复现场
4. PCB ↔ fork
fork()本质：- 新建一个
task_struct - 复制或共享
mm_struct（写时复制） - 分配 PID、加入运行队列
- 新建一个
5. PCB ↔ 僵尸进程
- 进程退出，但task_struct 还在
- 父进程未
wait()→ 变成僵尸
2.PCB里包含了什么
它几乎包含了进程运行需要的所有信息：
进程标识
- PID、PPID、TGID（线程组 ID）
- 状态、PID 命名空间
进程状态
TASK_RUNNINGTASK_INTERRUPTIBLE（可中断睡眠）TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断睡眠）TASK_STOPPED/TASK_ZOMBIE等
调度信息（核心）
- 调度类、调度策略
- vruntime（CFS 调度用）
- 优先级、nice 值、实时优先级
- 时间片、CPU 亲和性
虚拟内存信息
mm_struct *mm：指向整个虚拟地址空间描述符- 代码段、数据段、堆、栈、页表等都在这里
- 线程共享
mm
文件系统信息
- 当前工作目录
- 文件根目录
- 文件打开表
files_struct
文件描述符表
files_struct *files- 0 标准输入、1 标准输出、2 标准错误
信号相关
- 阻塞信号掩码
- 待处理信号
- 信号处理函数
上下文切换信息
- 内核栈指针
- 硬件上下文（寄存器现场）
- thread_struct保存所有寄存器
时间统计
- 进程创建时间
- 用户态 / 内核态 CPU 时间
- 时间片到期时间
亲缘与关系
- 父进程、子进程、兄弟进程链表
- 线程组、会话、进程组
3.PCB存在哪里
task_struct本身存放在：内核动态内存（slab分配）- 每个进程唯一对应一个
task_struct - 内核通过PID ⇄ task_struct映射找到进程
二、进程的内存布局
1.Kernel Space——内核空间
- 32 位：从
0xC0000000到0xFFFFFFFF（约 1G） - 64 位：更高地址范围从0xFFFF800000000000 到 0xFFFFFFFFFFFFFFFF
- 所有进程共享，只有内核态可访问
2.stack
- 局部变量、函数调用栈帧、返回地址、寄存器上下文
- 从高地址向低地址增长
- 有大小限制（默认 8MB 左右）
- argv 和 environ放在栈顶
3.内存映射段 (File Mapping & Anonymous Mapping)
- 动态库
.so、文件映射、匿名大内存分配 - 栈与堆之间的区域
mmap/munmap操作
4.heap
malloc/new分配的空间- 从低地址向高地址增长
- 用
brk/sbrk、mmap扩展
5.BSS段（.bss）
- 未初始化 / 初始化为 0 的全局 / 静态变量
- 不占 ELF 文件大小，加载时清零
6.数据段（.data）
- 已初始化的全局变量、静态变量
- 权限：可读可写
7.代码段（.text）
- 存放编译好的二进制指令
- 权限：只读 + 可执行
- 对应
objdump -d看到的代码
三、linux进程状态
1.抽象理论状态
初始态、就绪态、运行态、阻塞态、僵尸态
2.内核中实际状态类型
2.1.内核里的 5 种基础状态
内核task_struct里用state字段表示：
TASK_RUNNING
- 可运行状态
- 要么正在 CPU 上运行，要么在运行队列里等待 CPU
- 对应 ps：
R - 在 CFS 红黑树上的进程
TASK_INTERRUPTIBLE
- 可中断睡眠
- 等待某事件（信号、IO、锁）
- 收到信号可以被唤醒
- 对应 ps：
S - 在等待队列里睡觉（你前面学的 wait_queue）
TASK_UNINTERRUPTIBLE
- 不可中断睡眠
- 一般在磁盘 IO、关键内核操作
- 信号也唤不醒，只能等事件完成
- 对应 ps：
D（高危状态，多了会导致 load 飙高） - 常见于
read/write、mutex、down信号量等阻塞
TASK_STOPPED
- 暂停 / 被调试
Ctrl+Z、debug时- 对应 ps：
T
TASK_ZOMBIE
- 僵尸状态
- 进程已退出，但父进程没 wait ()
- 内核还保留其
task_struct - 对应 ps：
Z
2.2ps /top 里的状态码（最常用）
- R：Running/Runnable（运行 / 就绪）
- S：Interruptible sleep（可中断睡眠）
- D：Uninterruptible sleep（IO 深度睡眠，不可杀）
- T：Stopped（暂停 / 被调试）
- Z：Zombie（僵尸）
- I：Idle（内核专用的空闲线程）
额外修饰：
- s：session leader
- l：多线程
- +：前台进程
- <：高优先级
- N：低优先级
3.调度队列
3.1就绪队列
存放就绪态的进程。
3.2等待队列
存放阻塞态的进程。
3.3终止队列
存放处于终止态或僵尸态，等待被回收的进程。