存储和检索进程控制块

Question

当进程在执行时，PCB（位于内核内存空间中？）的内容会加载到CPU寄存器、状态寄存器、内核堆栈指针、用户堆栈指针等中。当发生上下文切换到另一个进程时，当前的“上下文”被存回到PCB中，并切换到新的PCB。

现在当内核想要恢复这个PCB的“上下文”时，它如何找到这个PCB，在内存中呢？哪些信息可以帮助内核在内存中找到PCB？

- Sharat Chandra

Answer 1

调度程序的工作是查找处理器的可用性，只有这样才会发生上下文切换。一旦核心可用，内核中存储的PCB的程序计数器值就被取出并赋给CPU寄存器。我想告诉你PCB被内核以堆栈方式存储。

- RKT

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我认为 PCB 存储在运行队列中，调度程序遍历该队列并将被调度运行的 PCB 上下文放入硬件寄存器中... - Sharat Chandra

@sharatchandra：你所理解的可能对于特定的操作系统是非常正确的。PCB被存储在由操作系统定义的数据结构中，因此我们可以说它可能是任何堆栈、队列..!! - RKT

Answer 2

1. PCB：它是一种数据结构，可以是操作系统或用户的一部分。但由于它是敏感的数据结构，几乎在任何地方PCB都是内核数据结构的一部分。
2. PCB大多数情况下被存储为进程内核栈，位于内核空间，内核可以访问它，而该数据结构受到保护以防止任何用户访问。
3. 进程切换是调度器的一个功能，它是内核模块。有许多调度算法来定义进程切换（长期/短期/中期等）。
4. 现在调度器定义哪个进程将运行，而不是内核。内核的功能只是在调用时提供服务（系统调用/中断/陷阱）。
5. 作为内核模块，“scheduler”可以访问所有内核数据结构，因此它定义了进程的顺序（可以是抢占式或协作式调度程序）。
6. 每个进程都有自己的PCB，因此活动/运行的进程在使用先前存储的PCB（通常在内核栈之前）将其PCB加载到CPU寄存器和其他所需部分。

始终记住：内核就像是一个服务员，为所要求的服务，不知道任何事情，像驴子一样做所有工作（虽然最重要），按照指示执行。

- JustVirtually

Answer 3

我希望提供一些详细信息（为了便于理解，可以考虑每个进程只有一个内核线程）。现在，每个内核线程（kthread）都有线程上下文（eip、ebp、esp、pagedir、kstack、kstacksize）。所以，我们都知道线程/进程的生命周期，它通过“运行、可运行、等待、退出”等状态。当线程处于运行状态时，它的上下文存储在内核数据结构“context_t”中，并在内核地址空间的某个位置存储，而内核堆栈包含指向该数据结构的指针。当线程切换（更准确地说是上下文切换）发生时（原因可能是调度程序CPU超时、I/O操作完成等），线程被排队到可运行队列内核数据结构中（等待获取CPU的机会）。

当状态变为“运行”时，上下文切换再次发生，现在加载了context_t，其中包含所有必要的指针，以访问先前存储的数据成员，这些成员将用于继续从先前停止的状态。

所有内核数据结构都存储在内核地址空间中（> 0xc0000000），线程具有指向这些上下文块的指针。（随着线程的切换，新线程指向其上下文 - 再次上下文切换，下一个线程指向自己的数据结构。）

- JustVirtually

Answer 4

操作系统使用进程表来查找内存中的PCB。

进程表由PID和对应PCB在内存中的引用组成。

因此，每当操作系统执行上下文切换时，它都会查找进程表，通过相应的PID找到PCB的引用。 请查看此图像以可视化此概念。

- VASIREDDY GANESH