当前课程知识点：操作系统 > 第十三讲 实验四 内核线程管理 > 13.2 关键数据结构 > 13.2 关键数据结构
好 我们先来看第一部分的内容
就是关于这个关键的数据结构
这里面前面已经提到有线程控制块
和线程控制块的一个列表
那我们前面讲到这个线程控制块
这个名词很简单
thread control block
感觉就是一个很典型数据结构
但这个数据结构里面
包含着什么信息呢
可以看到有很多的
它的一些成员变量在里面
那这成员变量里面虽然多
但没关系大家可以逐一
把它进行区分出来
首先看看 第一个它的ID
我们说作为一个线程来说
它有它自己的ID
所以我们有一个PID
来代表它的一个身份
就跟我们身份证是一样的
唯一的一个ID
同时呢它就要有一个名字
你有身份证之外
你自己还有一个名字也是一样
更好的表述这个线程
那么这一块是跟它的一个
身份标识相关的一部分信息
这是第一部分信息
那第二部分信息是什么呢
第二部分信息是关于它的一个
运行时候跟调度相关的
一些管理控制一些信息
比如说它当天是属于什么状态
是属于就绪态 运行态还是等待状态
那这里面有一个state来表明
当前运行状态是动态变化的信息
需要注意
随着这个线程的运行呢
它这个状态会发生变化
第二个呢 它是否需要调度
以及在某些细节上面
有runs flags等信息
都是跟我们说跟他动态运行相关
一些信息在这里面有表述
OK 这是第二部分
动态运行相关的一部分信息
第三部分呢
第三部分是跟内存管理相关
就是我们说
线程也要占一定的空间
那么它到底需要哪些内存资源
这一点在这里面有个表述
可以看到这里面有一个kstack
就是内核里面的一个堆栈
这里面大家需要注意
因为我们这是一个内核线程
所以它有个内核的堆栈
那我们后续讲lab5的时候
会讲到用户进程
那么用户进程其实也有个内核堆栈
那我们后面会进一步做阐述
第二个CR3
CR3在这里面没太用上
因为我们在这里面呢
其实既然是线程
我们讲过线程的原理
它会用所谓进程的一个页表来共享
共享这个地址空间
对于我们内核线程而言
它对应那个进程是什么呢
其实大家可以想象到
其实就是我们ucore操作系统
我们ucore操作系统在开始的时候
比如说在我们lab1和lab2
会完成一个什么呢
会完成一个页表的建立过程
那那个建立的页表呢
就会被我们线程所使用
所以它共用了我们的ucore
OS一个页表
第三个mm这个结构
那么这个结构也是一样的
其实这个结构呢
我们还会进一步展开
这是用来管理线程或者进程
它所需要的这个内存空间的
当然我们前面讲到对于线程而言
这一块其实不用太多区分
但是讲到进程时候
我们会知道进程有它合法内存空间
所以说在mm里面管理了什么
mm管理了一个进程
它所需要合法内存空间
这个每一个合法内存空间内存块
我们用一个vma来表示
所以说呢有一系列的内存块
合法的内存块用vma表示内存块
来构成了整个这个进程
或者线程内存空间
但是对于我们内核线程而言
这一块信息也是不需要的
因为它都在我们统一的ucore管理之下
所有的内存空间它都可以看得到
所以说在这里面可以看到这些vma
都属于同一个进程的
mm这个结构来进行管理
还有呢就是它这个list
它有一个list
就所有的vma本身形成一个list
它的头会放在这儿
叫做mmap_list这是形成一个
就是对内存空间的一个管理
对于lab4而言这一块可以忽略掉
好 我们再看看下一块
这一块呢 相对来说复杂一点
而且跟我们硬件是紧密相关的
一个叫context一个叫trapframe
那么context就我们通常说的
所谓的进程或者线程的上下文
什么叫上下文
就在于我们说一个进程在运行的时候
它当前说处的状态就是一个上下文
这个听起来感觉好像是比较抽象
我们会给大家展开看看什么是上下文
对于我们ucore操作系统而言
它运行在80386这个环境之下
它所谓上下文是什么呢
看就这些东西
看起来大家都很熟悉
其实就是一堆寄存器
从eip、esp一直到通用的ebx、ecx等等
那么这构成了一个上下文
那我们说要切换上下文
就是切换这些寄存器内容
这是很重要就是说代表了
当前的这个线程
或者进程它运行的一个状态
这个state
需要注意这个state更detail
更详细一个state和刚才说到
那个运行的属于ready态还是就绪态
那个state相比呢那更抽象更高层次
这个是很具体
比如运行到什么地方
放在什么地方eip这个地方来保存着
它会把这个信息保存下来
这是说的context
第二个呢 我们称之为 trapframe
trapframe大家想一想
好像在哪好像依稀见过
如果大家对我们的实验还有印象的话
大家想想我们在lab1的时候
已经碰到了中断
那其实中断里面就用到了trapframe
只是我们对当时trapframe
没有做深入的分析
到了这里面呢我们会对trapframe
做一个比较详细一个解释
因为它已经涉及到了
我们怎么去能够让这个线程
或者进程能够正确的运行
我们需要对它进行一些设置
在创建进程的时候对它做相应的设置
那trapframe也是一个
比较复杂的数据结构
我们分几个部分来讲解
第一部分你可以看找eip cs
还有e_flags
还有一个err erro code
这几块呢就是说
我们前面解释过在中断产生的时候
或者中断或者异常产生的时候呢
我们的硬件会把这些信息
放到内核堆栈里面去
OK 所以说这里面其实是
放在内核堆栈里面一部分
跟trap frame相关的一些信息
保存了当前被打断时候一些信息
第二部分是什么呢
第二部分是esp和ss为什么有这个信息
这个信息其实也是和我们硬件相关的
也是硬件来负责放到我们堆栈里面的
但是什么情况下有这个呢
什么情况没这个呢大家回忆一下
我们讲lab1的时候也提到过
如果要实现特权级的切换
比如从特权级3切到
特权级0那么这时候呢
它会把这个esp和ss
也会压入到这个栈里面去
所以说这一块记录的是
当发生特权级变换之后
我们硬件要去压栈的一些信息
这样会确保将来能够
顺利回到ring3里面去
从ring0回到ring3
那么这时候实际上为了我们说lab5
实现用户级的进程做好一个准备工作
还有一块信息
这块信息比较多
可以看到这里面我们说
段寄存器的信息
以及这里面是通用寄存器的信息
这个信息和我们刚才讲的context有点类似
没错 这是寄存器的信息
这是段寄存器的信息
那么这两个信息呢
是我们软件来保存的
因为当前你打断了
某一个执行流程之后
我们硬件会保存这两部分信息
由于你后续的执行
比如说我们在处理
中断服务例程的时候
你还会破坏相应的段寄存器
或者通用寄存器
所以把它这些
所有寄存器都给保存起来
以便于后续能够恢复
那trapframe是什么呢
trapframe其实就是保存了前一个
被打断的进程或者线程它当前一个状态
被打断需要注意
这里面被打断被谁打断
被我们中断（包括trap）或者异常打断
这就是trapframe一些信息
好 我们再回到我们线程控制块
可以看到我们最后一部分
最后一部分是一些list
这个list记录什么信息呢
一个是记录它的父进程的信息
就是谁创建了线程
在这里面有一个parents
第二个呢是两个link
这两个link实际上构成了
我们所谓的线程控制块的链表
这是一个双向链表这是一个link
如果你有N个线程的话
它们按照这种顺序可以链起来
当然我发现如果是采取这种方式的话
当你线程比较多的情况下
那你查找某个线程的时候
所花的开销会比较大
为此呢我们还专门建一个
基于哈希值一个list
那我们相对来说它查找对应的线程
对应什么查找呢
对应pid的查找它会比较快一些
-0.1 Piazza讨论区
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-0.2 在线实验平台
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--平台使用帮助
-0.2在线实验平台
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-1.1 课程概述
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-第一讲 操作系统概述--练习
-1.2 教学安排
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-1.3 什么是操作系统
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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统
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-1.5 操作系统实例
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-1.6 操作系统的演变
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-1.7 操作系统结构
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-2.1 前言和国内外现状
-2.2 OS实验目标
-2.3 8个OS实验概述
-2.4 实验环境搭建
-2.5 x86-32硬件介绍
-2.6 ucore部分编程技巧
-2.7 演示实验操作过程
--Q6
--Q7
--Q10
-3.1 BIOS
--3.1 BIOS
-3.2 系统启动流程
-3.3 中断、异常和系统调用比较
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较
-3.4 系统调用
--3.4 系统调用
-第三讲 启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用
-3.5 系统调用示例
-3.6 ucore+系统调用代码
-4.1 启动顺序
--4.1 启动顺序
-4.2 C函数调用的实现
-4.3 GCC内联汇编
-4.4 x86中断处理过程
-4.5 练习一
--4.5 练习一
-4.6 练习二
--4.6 练习二
-4.7 练习三
--4.7 练习三
-4.8 练习四 练习五
-4.9 练习六
--4.9 练习六
-5.1 计算机体系结构和内存层次
-5.2 地址空间和地址生成
-5.3 连续内存分配
-5.4 碎片整理
--5.4 碎片整理
-5.5 伙伴系统
--5.5 伙伴系统
-第五讲 物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习
-6.1 非连续内存分配的需求背景
-6.2 段式存储管理
-- 6.2 段式存储管理
-6.3 页式存储管理
-6.4 页表概述
--6.4 页表概述
-6.5 快表和多级页表
-6.6 反置页表
--6.6 反置页表
-6.7 段页式存储管理
-第六讲 物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习
-7.1 了解x86保护模式中的特权级
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级
-7.2 了解特权级切换过程
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程
-7.3 了解段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.3 了解段/页表
-7.4 了解UCORE建立段/页表
-第七讲 实验二 物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表
-7.5 演示lab2实验环节
-8.1 虚拟存储的需求背景
-8.2 覆盖和交换
-8.3 局部性原理
-8.4 虚拟存储概念
-8.5 虚拟页式存储
-8.6 缺页异常
--8.6 缺页异常
-9.1 页面置换算法的概念
-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-第九讲 页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法
-9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-第九讲 页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法
-9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-第九讲 页面置换算法--9.4 Belady现象和局部置换算法比较
-9.5 工作集置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.5 工作集置换算法
-9.6 缺页率置换算法
-第九讲 页面置换算法--9.6 缺页率置换算法
-9.7 抖动和负载控制
-10.1 实验目标：虚存管理
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理
-10.2 回顾历史和了解当下
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下
-10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能
-10.4 页访问异常
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.4 页访问异常
-10.5 页换入换出机制
-第十讲 实验三 虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制
-11.1 进程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.1 进程的概念
-11.2 进程控制块
-第十一讲 进程和线程--11.2 进程控制块
-11.3 进程状态
-第十一讲 进程和线程--11.3 进程状态
-11.4 三状态进程模型
-11.5 挂起进程模型
-第十一讲 进程和线程--11.5 挂起进程模型
-11.6 线程的概念
-第十一讲 进程和线程--11.6 线程的概念
-11.7 用户线程
-第十一讲 进程和线程--11.7 用户线程
-11.8 内核线程
-第十一讲 进程和线程--11.8 内核线程
-12.1 进程切换
-第十二讲 进程控制--12.1 进程切换
-12.2 进程创建
-第十二讲 进程控制--12.2 进程创建
-12.3 进程加载
-第十二讲 进程控制--12.3 进程加载
-12.4 进程等待与退出
-第十二讲 进程控制--12.4 进程等待与退出
-13.1 总体介绍
-13.2 关键数据结构
-13.3 执行流程
-13.4 实际操作
-14.1 总体介绍
-14.2 进程的内存布局
-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现
-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现
-14.5 进程复制
-14.6 内存管理的copy-on-write机制
-15.1 处理机调度概念
-第十五讲 处理机调度--15.1 处理机调度概念
-15.2 调度准则
-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-第十五讲 处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法
-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架
-第十五讲 处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc
-15.5 实时调度和多处理器调度
-第十五讲 处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度
-15.6 优先级反置
-第十五讲 处理机调度--15.6 优先级反置
-16.1 总体介绍和调度过程
-16.2 调度算法支撑框架
-16.3 时间片轮转调度算法
-16.4 Stride调度算法
-17.1 背景
--17.1 背景
-17.2 现实生活中的同步问题
-第十七讲 同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题
-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法
-17.4 基于软件的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.4 基于软件的同步方法
-17.5 高级抽象的同步方法
-第十七讲 同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法
-18.1 信号量
--18.1 信号量
-第十八讲 信号量与管程--18.1 信号量
-18.2 信号量使用
-第十八讲 信号量与管程--18.2 信号量使用
-18.3 管程
--18.3 管程
-第十八讲 信号量与管程--18.3 管程
-18.4 哲学家就餐问题
-18.5 读者-写者问题
-19.1 总体介绍
-19.2 底层支撑
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.2 底层支撑
-19.3 信号量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.3 信号量设计实现
-19.4 管程和条件变量设计实现
-第十九讲 实验七 同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现
-19.5 哲学家就餐问题
-20.1 死锁概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.1 死锁概念
-20.2 死锁处理方法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法
-20.3 银行家算法
-第二十讲 死锁和进程通信--20.3 银行家算法
-20.4 死锁检测
-第二十讲 死锁和进程通信--20.4 死锁检测
-20.5 进程通信概念
-第二十讲 死锁和进程通信--20.5 进程通信概念
-20.6 信号和管道
-第二十讲 死锁和进程通信--20.6 信号和管道
-20.7 消息队列和共享内存
-第二十讲 死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存
-21.1 文件系统和文件
-第二十一讲 文件系统--21.1 文件系统和文件
-21.2 文件描述符
-第二十一讲 文件系统--21.2 文件描述符
-21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-第二十一讲 文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类
-21.4 虚拟文件系统
-第二十一讲 文件系统--21.4 虚拟文件系统
-21.5 文件缓存和打开文件
-第二十一讲 文件系统--21.5 文件缓存和打开文件
-21.6 文件分配
-第二十一讲 文件系统--21.6 文件分配
-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-第二十一讲 文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID
-22.1 总体介绍
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.1 总体介绍
-22.2 ucore 文件系统架构
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.2 ucore 文件系统架构
-22.3 Simple File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.3 Simple File System分析
-22.4 Virtual File System分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.4 Virtual File System分
-22.5 I/O设备接口分析
-第二十二讲 实验八 文件系统--22.5 I/O设备接口分析
-22.6 执行流程分析
-23.1 I/O特点
--视频
-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点
-23.2 I/O结构
--816C80A0F5E3B8809C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构
-23.3 I/O数据传输
--C58221E14388B9DB9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输
-23.4 磁盘调度
--567A3F1FCBFB3F4C9C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度
-23.5 磁盘缓存
--C327536B80D25CE79C33DC5901307461
-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存
-html
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