進程描述與建立

摘要: mqy + 原創做品轉載請註明出處 + 《Linux內核分析》MOOC課程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

 

操做系統的三大功能：進程管理，內層管理，文件系統

最核心：進程管理

進程控制塊PCB——task_struct

爲了管理進程，內核必須對每一個進程進行清晰的描述，進程描述符提供了內核所需瞭解的進程信息。

• struct task_struct數據結構很龐大
• Linux進程的狀態與操做系統原理中的描述的進程狀態彷佛有所不一樣，好比就緒狀態和運行狀態都是TASK_RUNNING，爲何呢？
• 進程的標示pid
• 全部進程鏈表struct list_head tasks;

• 內核的雙向循環鏈表的實現方法 - 一個更簡略的雙向循環鏈表
• 程序建立的進程具備父子關係，在編程時每每須要引用這樣的父子關係。進程描述符中有幾個域用來表示這樣的關係
• Linux爲每一個進程分配一個8KB大小的內存區域，用於存放該進程兩個不一樣的數據結構：Thread_info和進程的內核堆棧

• 進程處於內核態時使用，
  不一樣於用戶態堆棧，即PCB中指定了內核棧，那爲何PCB中沒有用戶態堆棧？用戶態堆棧是怎麼設定的？
• 內核控制路徑所用的堆棧
  不多，所以對棧和Thread_info
  來講，8KB足夠了
• struct thread_struct thread; //CPU-specific state of this task
• 文件系統和文件描述符
• 內存管理——進程的地址空間

 

進程的pid標示某一進程

 

進程的父子關係管理

 

作調試用：

fork一個子進程的代碼

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <unistd.h>
4. int main(int argc, char * argv[])
5. {
6.     int pid;
7.     /* fork another process */
8.     pid = fork();//fork在用戶態用於建立一個子進程的系統調用
9.     if (pid < 0) 
10.     { 
11.         /* error occurred */
12.         fprintf(stderr,"Fork Failed!");
13.         exit(-1);
14.     } 
15.     else if (pid == 0) 
16.     {
17.         /* child process */
18.         printf("This is Child Process!\n");
19.     } 
20.     else 
21.     { 
22.         /* parent process  */
23.         printf("This is Parent Process!\n");
24.         /* parent will wait for the child to complete*/
25.         wait(NULL);
26.         printf("Child Complete!\n");
27.     }
28. }

fork系統調用在父進程和子進程各返回一次

 

建立一個新進程在內核中的執行過程

• fork、vfork和clone三個系統調用均可以建立一個新進程，並且都是經過調用do_fork來實現進程的建立；
• Linux經過複製父進程來建立一個新進程，那麼這就給咱們理解這一個過程提供一個想象的框架：

• 複製一個PCB——task_struct
1. err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);
• 要給新進程分配一個新的內核堆棧
1. ti = alloc_thread_info_node(tsk, node);
2. tsk->stack = ti;
3. setup_thread_stack(tsk, orig); //這裏只是複製thread_info，而非複製內核堆棧

 

• 要修改複製過來的進程數據，好比pid、進程鏈表等等都要改改吧，見copy_process內部。
• 從用戶態的代碼看fork();函數返回了兩次，即在父子進程中各返回一次，父進程從系統調用中返回比較容易理解，子進程從系統調用中返回，那它在系統調用處理過程當中的哪裏開始執行的呢？這就涉及子進程的內核堆棧數據狀態和task_struct中thread記錄的sp和ip的一致性問題，這是在哪裏設定的？copy_thread in copy_process

0. *childregs = *current_pt_regs(); //複製內核堆棧
1. childregs->ax = 0; //爲何子進程的fork返回0，這裏就是緣由！
2.  
3. p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //調度到子進程時的內核棧頂
4. p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //調度到子進程時的第一條指令地址

進程穿件概覽及fork一個進程的用戶態代碼

 

理解進程建立過程複雜代碼的方法

 

建立新進程是經過複製當前進程來實現的

 

系統調用內核處理函數sys_fork,sys_clone,sys-vfork

 

拷貝內核堆棧數據和指定進程的第一條指令進程

 

Int指令和SAVE_ALL壓到內核棧的內容

 

實驗：分析linux內核建立一個新進程的過程

過程同上次相似，首先更新MenuOS

gdb調試fork

設置斷點並調試

 

linux如何建立一個新進程：Linux經過複製父進程來建立一個新進程，經過調用do_ fork來實現併爲每一個新建立的進程動態地分配一個task_ struct結構