数据连接(Data Connection)
内核中所有的数据结构的根都在进程调度器维护的任务列表链表中。系统中每个进程的的数据结构 task_struct 中有一个指针 mm 指向它的内存映射信息;也有一个指针 files 指向它打开的文件(用户打开文件表);还有一个指针指向该进程打开的网络套接字。
进程调度器是 Linux kernel 中最重要的子系统。系统通过它来控制对 CPU 的访问——不仅仅是用户进程对 CPU 的访问,也包括其余子系统对 CPU 的访问。
(2)模块进程调度器
调度策略模块(scheduling policy module):决定哪个进程获得对 CPU 的访问权;调度策略应该让所有进程尽可能公平得共享 CPU。
体系结构相关模块(architecture-specific module)设计一组统一的抽象接口来屏蔽特定体系接口芯片的硬件细节。这个模块与 CPU 交互以阻塞和恢复进程。这些操作包括获取每个进程需要保存的寄存器和状态信息、执行汇编代码来完成阻塞或者恢复操作。
体系结构无关模块(architecture-independent module)与调度策略模块交互将决定下一个执行的进程,然后调用体系结构相关的代码去恢复那个进程的执行。不仅如此,这个模块还会调用内存管理器的接口来确保被阻塞的进程的内存映射信息被正确得保存起来。
系统调用接口模块(system call interface)允许用户进程访问 Linux Kernel 明确暴露给用户进程的资源。通过一组定义合适的基本上不变的接口(POSIX 标准),将用户应用程序和 Linux 内核解耦,使得用户进程不会受到内核变化的影响。
(3)数据表示调度器维护一个数据结构——task list,其中的元素时每个活动的进程 task_struct 实例;这个数据结构不仅仅包含用来阻塞和恢复进程的信息,也包含额外的计数和状态信息。这个数据结构在整个 kernel 层都可以公共访问。
(4)依赖关系、数据流、控制流正如前面提到过的,调度器需要调用内存管理器提供的功能,去为需要恢复执行的进程选择合适的物理地址,正因为如此,所以 进程调度器子系统依赖于内存管理子系统。当其他内核子系统需要等待硬件请求完成时,它们都依赖于进程调度子系统进行进程的阻塞和恢复。这种依赖性通过函数调用和访问共享的 task list 数据结构来体现。所有的内核子系统都要读或者写代表当前正在运行进程的数据结构,因此形成了贯穿整个系统的双向数据流。
除了内核层的数据流和控制流,OS 服务层还给用户进程提供注册定时器的接口。这形成了由调度器对用户进程的控制流。通常唤醒睡眠进程的用例不在正常的控制流范围,因为用户进程无法预知何时被唤醒。最后,调度器与 CPU 交互来阻塞和恢复进程,这又形成它们之间的数据流和控制流——CPU 负责打断当前正在运行的进程,并允许内核调度其他的进程运行。
2. 内存管理器(Memory Manager )架构 (1)目标内存管理模块负责控制进程如何访问物理内存资源。通过硬件内存管理系统(MMU)管理进程虚拟内存和机器物理内存之间的映射。每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间,所以两个进程可能有相同的虚拟地址,但是它们实际上在不同的物理内存区域运行。MMU 提供内存保护,让两个进程的物理内存空间不互相干扰。内存管理模块还支持交换——将暂时不用的内存页换出到磁盘上的交换分区,这种技术让进程的虚拟地址空间大于物理内存的大小。虚拟地址空间的大小由机器字长决定。
(2)模块内存管理子系统
架构相关模块(architecture specific module)提供访问物理内存的虚拟接口;
架构无关模块(architecture independent module)负责每个进程的地址映射以及虚拟内存交换。当发生缺页错误时,由该模块负责决定哪个内存页应该被换出内存——因为这个内存页换出选择算法几乎不需要改动,所以这里没有建立一个独立的策略模块。
系统调用接口(system call interface)为用户进程提供严格的访问接口(malloc 和 free;mmap 和 ummap)。这个模块允许用进程分配和释放内存、执行内存映射文件操作。
(3)数据表示