fork函數建立新進程過程分析

時間 2019-11-20

標籤 fork 函數建立進程過程分析欄目 Apache 简体版

原文原文鏈接

gdb調試執行流程，首先設置斷點b sys_clone,當在shell下輸入fork命令後，系統執行至斷點，接下來按步執行：

判斷是否被跟蹤
判斷是否被建立爲輕量級進程（vfork）
判斷父進程是否被跟蹤，
判斷是否子進程獲取新的PID或命名空間，若是是，則不容許其共享進程組、信號handler或父進程
task_create在複製以前確認共享的權限
調用dup_task_struct複製task_struct（進程描述符）
alloc_task_struct_node爲task_struct分配內存
alloc_thread_info_node爲thread_info分配內存
setup_thread_stack爲進程新建一個內核棧
copy_semundo
copy_files
copy_fs
copy_sighand
copy_signal
copy_mm
copy_namespaces
copy_io
進入copy_thread
struct pt_regs *childregs = task_pt_regs(p);給指針賦值，指向.thread.regs
*childregs = *current_pt_regs();複製寄存器內容
childregs->ax = 0; 給子進程pid返回值0；
p->thread.ip = (unsigned long)ret_from_fork;子進程從ret_from_fork開始執行。
ret_from_fork位於entry.S。子進程執行ret_from_fork後轉到syscall_exit
父進程copy_thread完成，返回copy_process
給新進程分配新pid
設置子進程pid
子進程接下來進行關中斷，檢查信號（信號量不共享則不復制），繼續restore_all最後恢復上下文，從內核態返回，繼續執行程序中的代碼。
父進程返回sys_clone，父進程執行fork（）以後的代碼。最後程序結束。

總結：

進程（task）是處於執行期的程序，一般還包括打開的文件，掛起的信號，內核內部數據，處理器狀態，一個或多個具備內存映射的內存地址空間及一個或多個執行線程，還有存放全局變量的數據段等。
線程是在進程中活動的對象。linux：不特別區分進程線程，線程是特殊的進程。
在現代Linux內核中，fork其實是由clone系統調用實現的。
fork從內核返回兩次，一個回到父進程，一次回到產生的新的子進程。
程序經過exit（）系統調用退出執行。此函數會終結進程並將其佔用的資源釋放掉。父進程能夠經過wait4（）系統調用查詢子進程是否終結，這使進程擁有了等待特定進程執行完畢的能力。進程退出執行後被設置僵死狀態。
Linux系統經過c庫提供wait（），waitpid（），wait3（），wait4（）等函數。
內核把進程的列表存放在任務隊列（task list）雙向列表中，表中每項都是task_struct，被稱爲進程描述符，定義在<linux/sched.h>中。內核經過一個惟一的進程標示值PID來標記進程。PID爲pid_t類型，實際爲int。
進程狀態：
- TASK_RUNNING表示進程可執行。
- TASK_INTERRUPTIBLE可中斷。進程正在睡眠（阻塞），等待信號。
- TASK_UNINTERRUPTIBLE不可中斷。處於此狀態不受信號喚醒。其它同上。
- _TASK_TRACED被其餘進程跟蹤的進程。
- _TASK_STOPPED進程沒有投入運行也不能投入運行。
Unix將產生機制分解爲fork和exec。fork複製exec負責讀取可執行文件並將其載入地址空間開始運行。
fork採用寫時拷貝頁實現。頁的拷貝推遲到實際發生寫入時。
內核有意選擇子進程先執行，由於通常子進程立刻會調用exec（）。以免寫時拷貝的開銷。
完成fork調用後存在兩個進程，每一個進程都會從fork（）返回處繼續執行。
fork，vfork，clone都調用do_fork，vfork不拷貝父進程的頁表。clone帶參數。