Соответственно и образ процесса состоит из двух частей: данных режима ядра и режима задачи. Образ процесса в режиме задачи состоит из сегмента кода, данных, стека, библиотек и других структур данных, к которым он может получить непосредственный доступ. Образ процесса в режиме ядра состоит из структур данных, недоступных процессу в режиме задачи, которые используются ядром для управления процессом. Сюда относятся данные, диктуемые аппаратным уровнем, например состояния регистров, таблицы для отображения памяти и т.д., а также структуры данных, необходимые ядру для обслуживания процесса. Вообще говоря, в режиме ядра процесс имеет доступ к любой области памяти.
Структуры данных процесса
Каждый процесс представлен в системе двумя основными структурами данных — proc и user, описанными, соответственно, в файлах <sys/proc.h> и <sys/user.h>. Содержимое и формат этих структур различны для разных версий UNIX. В табл. 3.1 приведены некоторые поля структуры
proc
в SCO UNIX, позволяющие проиллюстрировать информацию, необходимую ядру, для управления процессом.
Таблица 3.1. Структура proc
char
| p_stat
| Состояние процесса (выполнение, приостановлен, сон и т.д.) |
char
| p_pri
| Текущий приоритет процесса |
unsigned int
| p_flag
| Флаги, определяющие дополнительную информацию о состоянии процесса |
unsigned short
| p_uid
| UID процесса |
unsigned short
| p_suid
| EUID процесса |
int
| p_sid
| Идентификатор сеанса |
short
| p_pgrp
| Идентификатор группы процессов (равен идентификатору лидера группы) |
short
| p_pid
| Идентификатор процесса (PID) |
short
| p_ppid
| Идентификатор родительского процесса (PPID) |
sigset_t
| p_sig
| Сигналы, ожидающие доставки |
unsigned int
| p_size
| Размер адресного пространства процесса в страницах |
time_t
| p_utime
| Время выполнения в режиме задачи |
time_t
| p_stime
| Время выполнения в режиме ядра |
caddr_t
| p_ldt
| Указатель на LDT процесса |
struct pregion
| *p_region
| Список областей памяти процесса |
short
| p_xstat
| Код возврата, передаваемый родительскому процессу |
unsigned int
| p_utbl[]
| Массив записей таблицы страниц для u-area |
В любой момент времени данные структур
proc
для всех процессов должны присутствовать в памяти, хотя остальные структуры данных, включая образ процесса, могут быть перемещены во вторичную память, — область свопинга. Это позволяет ядру иметь под рукой минимальную информацию, необходимую для определения местонахождения остальных данных, относящихся к процессу, даже если они отсутствуют в памяти.
Структура
proc
является записью системной таблицы процессов, которая, как мы только что заметили, всегда находится в оперативной памяти. Запись этой таблицы для выполняющегося в настоящий момент времени процесса адресуется системной переменной
curproc
. Каждый раз при переключении контекста, когда ресурсы процессора передаются другому процессу, соответственно изменяется значение переменной
curproc
, которая теперь указывает на структуру
proc
активного процесса.
Вторая упомянутая структура —
user
, также называемая u-area или u-block, содержит дополнительные данные о процессе, которые требуются ядру только во время выполнения процесса (т.е. когда процессор выполняет инструкции процесса в режиме ядра или задачи). В отличие от структуры
proc
, адресованной указателем
curproc
, данные
user
размещаются (точнее, отображаются) в определенном месте виртуальной памяти ядра и адресуются переменной
u
. На рис. 3.2 показаны две основные структуры данных процесса и способы их адресации ядром UNIX.
Рис. 3.2. Основные структуры данных процесса
В u-area хранятся данные, которые используются многими подсистемами ядра и не только для управления процессом. В частности, там содержится информация об открытых файловых дескрипторах, диспозиция сигналов, статистика выполнения процесса, а также сохраненные значения регистров, когда выполнение процесса приостановлено. Очевидно, что процесс не должен иметь возможности модифицировать эти данные произвольным образом, поэтому u-area защищена от доступа в режиме задачи.
