分析Linux内核创建一个新进程的过程

实验目的：

Linux内核对进程管理是操作系统的重要任务之一。此次实验就是了解内核创建一个新进程的大致过程。​

do_fork函数分析

实验步骤：

下面是准备工作​​​

cd LinuxKernel

rm -rf menu

git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu

mv test_fork.c test.c

make rootfs

打开gdb进行远程调试​

设置断点

b do_fork

b dup_task_struct

b copy_process

b copy_thread

b ret_from_fork

Linux中一般进程都是由现有的一个进程创建的，也就是我们所说的父进程，子进程。具体的创建是通过fork()实现的。下面就让我们一起了解一下0.11核心中fork()的大体工作过程：

1）在内存中申请一页内存存放进程控制块task_struct，并返回进程号nr，并在task数组的nr处存放task_struct的指针，还要将task的当前指针current指到nr处；

2）将父进程的task_struct的内容复制到新进程的task_struct中作为模版

3）对task_struct中的信息进行修改，主要进行一下工作：设置父进程、清除信号位图、时间片、运行时间、根据当前环境设置tss（内核态指针esp0指向task_struct所在页的顶端）、设置LDT的选择子等(根据nr指向GDT中相应的ldt描述符)。

4）设置新进程的代码段、数据段的基地址和段长：更新task_struct中的代码开始地址：进程号（nr）×64M，更新task_struct中局部描述符表中的代码段和数据段描述符。 5）复制父进程的页表目录项和页表：在页目录表中，复制父进程的页表目录项，目的地址由新进程的线性地址计算出来；对每个对应的页表目录项申请一个空闲页，并用页表地址更新页表目录项，最后将父进程页表中各项复制到新进程对应的页表中，也就是说，这个时候，子进程与父进程共享物理内存。

6）更新task_struct中的文件信息：文件打开次数加1，父进程的当前目录引用数加1。 7）设置TSS和LDT描述符项：在全局描述符表（GDT）中设置新任务的TSS描述符项和LDT段的描述符项，使TSS描述符项和LDT描述符项分别指向task_struct的TSS结构和LDT结构。

8）将任务设置为就绪状态，向当前进程（父进程）返回新进程号。​

可以看出，fork()中，内核并不立刻为新进程分配代码和数据物理内存页，新进程与父进程共同使用父进程已有的代码和数据物理内存页面。只有当以后执行过程中由一个进程一写方式访问内存时候被访问的内存页面才会在写操作之前被复制到新申请的内存页面中。

另外在fork的最后是将任务设置成了就绪状态，由于fork（）是一个系统调用，在系统调用部分system_call.s，可以看到在系统函数返回后，会调用调度函数schedule（），在schedule()中，就会检测到新进程的就绪状态，并用switch_to()切换到新进程进行执行。

实验截图 ：









总结：

在 Linux 内核中,供用户创建进程的系统调用fork()函数的响应函数是 sys_fork()、sys_clone()、sys_vfork()。这三个函数都是通过调用内核函数 do_fork() 来实现的。根据

调用时所使用的 clone_flags 参数不同，do_fork() 函数完成的工作也各异。

1、建立进程控制结构并赋初值，使其成为进程映像。

2、必须为新进程的执行设置跟踪进程执行情况的相关内核数据结构。包括 任务数组、自由时间列表 tarray_freelist 以及 pidhash[] 数组。

3、启动调度程序，使子进程获得运行的机会