Linux內核 ——進程管理之進程誕生（基於版本4.x）

《奔跑吧linux內核》3.1筆記，不足之處還望你們批評指正

進程是Linux內核最基本的抽象之一，它是處於執行期的程序。它不只侷限於一段可執行代碼（代碼段），還包括進程須要的其餘資源。在Linux內核中常被稱做任務。

線程被稱爲輕量級進程，是操做系統調度的最小單元，一般一個進程能夠擁有多個線程。

進程和線程的區別在於進程擁有獨立的資源空間，而線程則共享進程的資源空間。

問題一：在內核中如何獲取當前進程的task_struct數據結構？

　　內核有一個經常使用的常量current用於獲取當前進程task_struct數據結構，它利用了內核棧的特性。首先經過sp寄存器獲取當前內核棧的地址，對齊後獲取struct thread_info數據結構指針，最後經過thread_info->task成員獲取task_struct數據結構。圖1爲linux內核棧的結構圖。

圖1 內核棧

 

問題二：下面程序會打印幾個「_」?

int main(void){

　　int i;

　　for(i=0; i<2; i++){

　　　　fork();

　　　　printf("_\n");}

　　wait(NULL);wait(NULL);

　　return 0;}

 　　答案是6個「_」，具體思路如圖2所示。（i=0，調用一次fork後，父進程a建立子進程b，此後a和b進行打印，打印兩個「_」；後i=1，a和b均調用fork，a建立子進程a_1，b建立子進程b_1，4個進程執行打印操做，打印出四個「_」；i=2，返回）

圖2 fork解題思路

 

問題三：用戶空間進程的頁表是何時分配的，其中一級頁表何時分配？二級頁表呢？

 　　（此問有點疑問，暫且認爲一級頁表爲頁目錄項(pgd)，二級頁表爲也表項(pte)）

　　對於內核來講，進程的「鼻祖」是idle進程，稱爲swapper進程；對於用戶空間來講，進程「鼻祖」是init進程，全部用戶空間進程都由init進程建立或派生。

　　在mm_init()函數中，首先給新進程的mm_struct數據結構進行初始化，而後對mm_users，mm_count進行初始化，設置進程空間地址讀寫信號量，設置保護進程頁表的spinlock鎖，最後調用pgd_alloc()函數進行pgd頁表的分配工做。在pgd_alloc()函數中，調用pte_alloc_map()函數進行第0，第1個頁表的分配，此後在dup_mmap()函數中將父進程全部的VMA對應的pte頁表項複製到子進程對應的pte頁表項中。

問題四：請簡述fork,vfork和clone之間的區別？

 　　fork,vfork,clone的實現都是經過調用do_fork()函數實現的，只是函數調用不同。

　　fork函數實現：do_fork(SIGCHLD,0,0,NULL,NULL)；只使用SIGCHLD標誌位，在子進程終止後發送SIGCHLD信號通知父進程。fork是重量級調用，爲子進程創建了一個基於父進程的完整副本，而後子進程基於此運行。爲了減小工做量採用寫時複製技術(COW)，子進程只複製父進程的頁表，不復制頁面內容。當子進程須要寫入新內容時，才觸發寫時複製機制，爲子進程建立一個副本。

　　vfork函數實現：do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD,0,0,NULL,NULL)；它比fork多了兩個標誌位，分別爲CLONE_VFORK和CLONE_VM。CLONE_VFORK表示父進程會被掛起，直至子進程釋放虛擬內存資源。CLONE_VM表示父子進程運行在相同的內存空間中。

　　clone函數實現：do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr)；clone用於建立線程，而且參數經過寄存器從用戶空間傳遞下來，一般會指定新的棧地址(newsp)。