Ю. Вахалия - UNIX изнутри (2003) (1114670), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

главу 4); + информация из заголовка программы, в том числе размеры текста, данных и стека, а также иная информация по управлению памятью; ' В современных системах 171ч1Х, таких как БЧК4, пользовательские полномочия хранятся в структуре данных, располатаемой динамически, указатель на которую находится в структуре ргос. Более подроэное описание см.

в разделе 840.7. 2.3. Определение процесса 71 + таблица дескрипторов открытых файлов (см. раздел 8.2.3). Современные системы 1)Н1Х, такие как Б'»гК4, расширяют эту таблицу динамически по мере необходимости; + указатели на опоИе. Объекты тподе представляют собой объекты файловой системы и будут подробнее описаны в разделе 8.7; + статистика использования процессора, информация о профиле процесса, дисковых квотах и ресурсах; + во многих реализациях ()Х1Х стек ядра процесса является частью области и этого процесса. Основные поля структуры рщс охватывают: + идентификацию: каждый процесс обладает уникальным идентификатором процесса (ргосезз 1Р, или РИ)) и относится к определенной группе процессов.

В современных версиях системы каждому процессу также присваивается идентификатор сеанса (зезгйоп 1Р); + расположение карты адресов ядра для области ц данного процесса; + текущее состояние процесса; + предыдущий и следующий указатели, связывающие процесс с очередью планировщика (или очередью приостановленных процессов, если данный процесс был заблокирован); + канал «сна» для заблокированных процессов (см. раздел 7.2.3); + приоритеты планирования задач и связанную информацию (см. главу 5); + информацию об обработке сигналов: маски игнорируемых, блокируемых, передаваемых и обрабатываемых сигналов (см. главу 4); + информацию по управлению памятью; + указатели, связывающие эту структуру со списками активных, свободных или завершенных процессов (зомби); + различные флаги; + указатели на расположение структуры в очереди хаша, основанной на Р1Р; + информация об иерархии, описывающая взаимосвязь данного процесса с другими.

На рис. 2.4 продемонстрированы взаимосвязи процессов в системе 4,3ВЯР 1)Х1Х. На схеме представлены поля, описывающие иерархию процессов. Это — р рЫ (идентификатор процесса), р ррах (идентификатор родительского процесса), р рртг (указатель на структуру ргос родителя), р сртг (указатель на старшего потомка), р узр1г (указатель на следующий младший процесс того же уровня), р озр1г (указатель на следующий старший процесс того же уровня). 72 Глава 2. Ядро и процессы Рис. 2.4. Пример иерархии процессов в системе 4.3В80 0гвх Во многих современных системах (3)х11Х абстракция процесса была дополнена поддержкой нескольких нитей.

Подробнее об этом будет сказано в главе 3. 2.4. Выполнение в режиме ядра Существуют три различных типа событий, которые могут перевести систему в режим ядра. Это — прерывания устройств (1пгеггцргэ), исключительные ситуации или просто исключения (ехсерг(опз), а также ловушки (ггарэ) или программные прерывания (зоНтваге 1пгеггцргз). Каждый раз, когда ядру возвращается управление, оно обращается к таблице диспетпчеризации (г(1зрагсЬ саЫе), содержащей адреса низкоуровневых процедур обработки событий. Перед вызовом соответствующей процедуры ядро частично сохраняет состояние прерванного процесса (например, указатель команд и слово состояния процессора) в стеке ядра для этого процесса.

После завершения работы процедуры ядро восстанавливает состояние процесса и изменяет режим его выполнения на прежнее значение, Прерывание может произойти и в тот момент, когда система уже находится в режиме ядра, в таком случае она останется в нем и после обработки прерывания. Важно понимать разницу между прерываниями и исключительными состояниями. Прерывания — это асинхронные события, происходящие в периферийных устройствах, таких как диски, терминалы или аппаратный таймер. Так как прерывания не зависят от текущего процесса, они должны обрабатываться в системном контексте, при этом доступ в адресное пространство или область ц процесса им не требуется, По этой же причине прерывания не должны производить блокировку, так как они могут заблокировать произвольный процесс.

Исключительные состояния возникают по ходу работы 2.4, Выполнение е режиме ядра 73 процесса по причинам, зависящим от него самого, например при попытке деления на ноль или обращения по несуществующему адресу. Обработчик исключительных состояний работает в контексте процесса и может обращаться к адресному пространству или области в процесса, а также блокировать процесс, если это необходимо.

Программные либо системные прерывания (старз или ловушки) происходят во время выполнения процессом особых инструкций, например в процессе перехода в системные вызовы, и обрабатываются синхронно в контексте процесса. 2.4.1. Интерфейс системных вызовов Программный интерфейс ОС определяется набором системных вызовов, предоставляемых ядром пользовательским процессам. Стандартная библиотека С, подключаемая по умолчанию ко всем программам пользователя, содержит процедуру встраивания для каждого системного вызова.

Когда программа делает системный вызов, вызывается и соответствующая ему процедура встраивания. Она передает номер системного вызова (идентифицирующего каждый вызов ядра) в пользовательский стек и затем вызывает специальную инструкцию системного прерывания. Имя инструкции зависит от конкретной машины (например, это — зузсай для М1Р8 КЗООО, с)нпк для Ъ'АХ-11 или 1гар для Мосого1а 880х0).

Функция этой инструкции заключается в изменении режима выполнения на режим ядра и передачи управления обработчику системного вызова, определенному по таблице диспетчеризации. Этот обработчик, обычно имеющий название зузса11О, является точкой старта обработки любого системного вызова ядром. Системные вызовы выполняются в режиме ядра, но в контексте процесса. Следовательно, они имеют возможность доступа к адресному пространству и области в вызывающего процесса. С другой стороны, они могут обращаться и к стеку ядра этого процесса.

Обработчик зузсай() копирует входные аргументы системного вызова из пользовательского стека в область о, а также сохраняет аппаратный контекст процесса в стеке ядра. Затем он использует номер системного вызова для доступа к его вектору (обычно называемому зузепт(1), чтобы определить, какую именно системную функцию необходимо вызвать для обработки поступившего системного вызова. После завершения работы необходимой функции обработчик зузса(1() устанавливает возращенные ею значения или код ошибки в соответствующие регистры, восстанавливает аппаратный контекст процесса, возвращает систему в режим задачи, передавая управление обратно библиотечной функции. 2.4.2.

Обработка прерываний Основная функция прерываний в компьютере заключается в том, чтобы позволить взаимодействовать периферийным устройствам с процессором, информируя его о завершении работы задачи, ошибочных состояниях и других событиях, 74 Глава 2. Ядро и процессы требующих немедленного внимания. Прерывания происходят независимо от текущих действий системы или какого-либо процесса. Это означает, что система не знает заранее, в каком месте выполнения потока инструкций может произойти прерывание.

Функция, запускаемая для обслуживания прерывания, называется обработчиком прерывания, или процедурой обслуживания прерывания, Обработчик работает в режиме ядра и системном контексте. Так как прерванный процесс обычно не имеет никакого отношения к произошедшему в системе прерыванию, обработчик не должен обращаться к контексту процесса. По той же причине он также не обладает правом блокировки. Однако прерывание оказывает некоторое влияние на выполнение текущего процесса.

Время, потраченное на обработку прерывания, является частью кванта времени, отведенного процессу, даже если производимые действия не имеют ни малейшего к нему отношения. Так, обработчик прерываний системного таймера использует тики (промежутки времени между двумя прерываниями таймера) текущего процесса и потому нуждается в доступе к его структуре ргос. Важно отметить, что контекст процесса защищен от доступа обработчиками прерываний не полностью.

Неверно написанный обработчик может причинить вред любой части адресного пространства процесса. Ядро также поддерживает программные или системные прерывания, которые могут генерироваться при выполнении специальных инструкций. Такие прерывания могут использоваться, к примеру, в переключателе контекстов или в планировании задач, функционирующих в режиме разделения времени и имеющих низкий приоритет. Несмотря на то что описанные прерывания происходят синхронно с нормальной работой системы, они обрабатываются точно так же, как и обычные.

Вследствие того что причиной возникновения прерываний может стать множество различных событий, представима и такая ситуация, когда прерывание происходит во время того, как обрабатывается другое. Перед разработчиками системы ()Н1Х встала необходимость поддержки различных уровней приоритетов, для того чтобы прерывания более высокого уровня обслуживались раньше, чем прерывания более низких уровней. К примеру, прерывание аппаратного таймера должно обслуживаться раньше прерывания сети, так как последнее может потребовать больших объемов вычислений в течение нескольких тиков системного таймера.

Характеристики

Список файлов книги