在您继续探索 Unix® 广袤领域的过程中,请将注意力转向有关多任务的问题。现代计算机,就像您的敏捷而高效的雇员,拥有非常高速的内存,这使得它们可以在内存中同时容纳成百上千个单独的程序。
内存中的程序通常有许多不同的名称,包括线程、进程、守护进程、内核、库、共享对象等等。如果您想了解这种看似杂乱的现象中的基础规则,那么拿起您的弯刀,劈开挡住去路的荆棘。您会发现内存中的程序都是具有共同特征的简单二进制模式:它们拥有各自的运行上下文。为了简单起见,在本文中将它们都称为任务。
操作系统的任务切换程序,也称为调度程序,用来完成下列工作:
将任务的上下文加载到中央处理器 (CPU) 寄存器。
让任务运行一小段时间。
在加载下一个任务的上下文之前,保存该任务的上下文。
调度程序维护了大量的内部表以管理系统中每个运行任务的上下文。它还使用称为运行队列 和睡眠队列 的一对队列来对资源进行管理。运行队列中的任务已经获得它们所需的所有资源。睡眠队列中的任务则等待获得一个或多个资源。通常,调度程序确保系统以有序的并能作出快速响应的方式运行。
所有的信息都保存在上下文中
运行任务的上下文由许多内容组成。当任务运行时,有一个称为指令指针 (IP) 的 CPU 寄存器,它包含了当前正在执行的机器代码指令的内存地址。当任务被换出时,任务切换程序必须保存这个 IP 寄存器的值,以便在该任务以后被再次换入时可以重新加载它。因此,当前 IP 值是任务上下文中的一部分。
组成任务上下文的另一个重要的值是堆栈指针 (SP)。堆栈是一个后进先出 (LIFO) 队列,它保存了子例程的返回地址、数据项、指针等等。根据程序员的详细设计,由操作这些数据项的指令来确定堆栈中每一项的具体含义。
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