操作系统基础-进程上下文(3)

2018-12-19 14:24:55 george518 ...

一、什么是进程上下文

进程是由程序、数据和进程控制块组成。
进程上下文实际上是执行活动全过程的静态描述。
具体说,进程上下文包括系统中与执行该进程有关的各种寄存器(例如:通用寄存器、程序计数器PC、程序状态寄存器PS等)的值,程序段在经编译之后形成的机器指令代码集(或称正文段)、数据集及各种堆栈值和PCB结构。
一个进程的执行是在该进程的上下文中执行,而当系统调度新进程占有处理机时,新老进程的上下发生切换。

UNIX 操作系统的进程上下文称为进程映象。

二、为什么需要进程上下文概念

内核空间和用户空间是操作系统理论的基础之一,即内核功能模块运行在内核空间,而应用程序运行在用户空间。现代的CPU都具有不同的操作模式,代表不同的 级别,不同的级别具有不同的功能,在较低的级别中将禁止某些操作。Linux系统设计时利用了这种硬件特性,使用了两个级别,最高级别和最低级别,内核运 行在最高级别(内核态),这个级别可以进行所有操作,而应用程序运行在较低级别(用户态),在这个级别,处理器控制着对硬件的直接访问以及对内存的非授权 访问。内核态和用户态有自己的内存映射,即自己的地址空间。

正是有了不同运行状态的划分,才有了上下文的概念。用户空间的应用程序,如果想要请求系统服务,比如操作一个物理设备,或者映射一段设备空间的地址到用户空间,就必须通过系统调用来(操作系统提供给用户空间的接口函数)实现。

通过系统调用,用户空间的应用程序就会进入内核空间,由内核代表该进程运行于内核空间,这就涉及到上下文的切换,用户空间和内核空间具有不同的地址映射, 通用或专用的寄存器组,而用户空间的进程要传递很多变量、参数给内核,内核也要保存用户进程的一些寄存器、变量等,以便系统调用结束后回到用户空间继续执 行,所谓的进程上下文,就是一个进程在执行的时候,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容,当内核需要切换到另一个进程时,它需要保存当 前进程的所有状态,即保存当前进程的进程上下文,以便再次执行该进程时,能够恢复切换时的状态,继续执行。

同理,硬件通过触发信号,导致内核调用中断处理程序,进入内核空间。这个过程中,硬件的一些变量和参数也要传递给内核,内核通过这些参数进行中断处理,中断上下文就可以理解为硬件传递过来的这些参数和内核需要保存的一些环境,主要是被中断的进程的环境。

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