Операционная система UNIX

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

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

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

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 . Каждый раз при переключении контекста, когда ресурсы процессора передаются другому процессу, соответственно изменяется значение переменной , которая теперь указывает на структуру активного процесса.

Вторая упомянутая структура —

, 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 , адресованной указателем , данные размещаются (точнее, отображаются) в определенном месте виртуальной памяти ядра и адресуются переменной . 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.