Linux内核分析——进程的描述和进程的创建

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进程的描述和进程的创建

一、进程的描述

（一）进程控制块PCB——task_struct

1、操作系统的三大管理功能包括：

（1）进程管理

（2）内存管理

（3）文件系统

2、PCB task_struct中包含：

（1）进程状态

（2）进程打开的文件

（3）进程优先级信息

3、通过唯一的进程标识PID来区别每个进程。

4、进程控制块PCB——task_struct

5、进程状态

（1）创建新进程后实际的状态是TASK_RUNNING，就绪但是没有运行，调度器选择一个task之后进入运行态，也叫TASK_RUNNING。

（2）当进程是TASK_RUNNING时，代表这个进程是可运行的，至于它有没有真的在运行，取决于它有没有获得cpu的控制权，即有没有在cpu上实际的运行。

（3）一个正在进行的进程调用do_exit()，进入TASK_ZOMBIE，进程被终止，“僵尸进程”。

（4）等待特定时间或者资源的时候，进入阻塞态，如果条件满足就进入就绪态，被选择后进入运行态。

6、理解task_struct数据结构

（1）进程的标示pid

（2）为了对给定类型的进程进行有效的搜索，内核维护了几个进程链表。

（3）所有进程链表struct list_head tasks

7、CPU相关的状态

二、进程的创建

（一）进程的创建概览及fork一个进程的用户态代码

1、fork一个子进程的代码：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char * argv[])

{

int pid;

/* fork another process */

pid = fork();

if (pid < 0)

{

/* error occurred */

fprintf(stderr,"Fork Failed!");

exit(-1);

}

else if (pid == 0)

{

/* child process */

printf("This is Child Process!\n");

}

else

{

/* parent process */

printf("This is Parent Process!\n");

/* parent will wait for the child to complete*/

wait(NULL);

printf("Child Complete!\n");

}

（1）fork()系统调用从内核返回两次：一次回到父进程，另一次回到新产生的子进程。

（2）fork()实际上是由clone()系统调用实现的。

（二）理解进程创建过程复杂代码的方法

1、调用fork的过程：

（三）创建一个新进程在内核中的执行过程

fork、vfork和clone三个系统调用都可以创建一个新进程，而且都是通过调用do_fork来实现进程的创建；
Linux通过复制父进程来创建一个新进程，那么这就给我们理解这一个过程提供一个想象的框架：

复制一个PCB——task_struct

err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);

要给新进程分配一个新的内核堆栈

ti = alloc_thread_info_node(tsk, node);
tsk->stack = ti;
setup_thread_stack(tsk, orig); //这里只是复制thread_info，而非复制内核堆栈

要修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等都要改改吧，见copy_process内部。

从用户态的代码看fork();函数返回了两次，即在父子进程中各返回一次，父进程从系统调用中返回比较容易理解，子进程从系统调用中返回，那它在系统调用处理过程中的哪里开始执行的呢？这就涉及子进程的内核堆栈数据状态和task_struct中thread记录的sp和ip的一致性问题，这是在哪里设定的？copy_thread in copy_process