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《Linux 内核分析》第六周:分析Linux内核创建一个新进程的过程

2016-04-03 16:15 561 查看
白杰 + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、理论分析

进程控制块PCB,OS中最重要的数据结构之一,存放OS用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信息。Linux内核中PCB是一个由task_struct定义的数据结构,定义在:

/include/linux/sched.h
中,主要包含以下内容:

进程状态

进程的内核堆栈

进程的标志位

运行队列

进程优先级

进程调度

进程链表

进程地址空间

进程内存管理

进程标识符

父子进程关系

进程间通信

进程切换

文件系统

其他信息

相关代码如下:

struct task_struct {
volatile long state;    /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped, 用来描述进程的状态*/
void *stack;    /*指定进程的内核堆栈*/
atomic_t usage;
unsigned int flags; /* per process flags, defined below */
unsigned int ptrace;
...
```
int on_rq;    /*运行队列*/
/*优先级相关*/
int prio, static_prio, normal_prio;
unsigned int rt_priority;
/*进程调度*/
const struct sched_class *sched_class;
struct sched_entity se;
struct sched_rt_entity rt;
...
...
struct list_head tasks;    /*所有进程的链表*/

struct mm_struct *mm, *active_mm;    /*进程地址空间和内存管理,每个进程又自己独立的地址空间*/
...
...
/*定义进程标识符*/
pid_t pid;
pid_t tgid;
...
...
/*进程父子关系管理*/
1337    /*
1338     * pointers to (original) parent process, youngest child, younger sibling,
1339     * older sibling, respectively.  (p->father can be replaced with
1340     * p->real_parent->pid)
1341     */
1342    struct task_struct __rcu *real_parent; /* real parent process */
1343    struct task_struct __rcu *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */
1344    /*
1345     * children/sibling forms the list of my natural children
1346     */
1347    struct list_head children;  /* list of my children */
1348    struct list_head sibling;   /* linkage in my parents children list */
1349    struct task_struct *group_leader;   /* threadgroup leader */
1350    /*ptrace用作调试用*/
1351    /*
1352     * ptraced is the list of tasks this task is using ptrace on.
1353     * This includes both natural children and PTRACE_ATTACH targets.
1354     * p->ptrace_entry is ps link on the p->parent->ptraced list.
1355     */
1356    struct list_head ptraced;
1357    struct list_head ptrace_entry;
1358
1359    /* PID/PID hash table linkage. */
1360    struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
1361    struct list_head thread_group;
1362    struct list_head thread_node;
1363
1364    struct completion *vfork_done;      /* for vfork() */
1365    int __user *set_child_tid;      /* CLONE_CHILD_SETTID */
1366    int __user *clear_child_tid;        /* CLONE_CHILD_CLEARTID */
1367    /*时间相关代码*/
1368    cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled;
1369    cputime_t gtime;
...
...
1411/* CPU-specific state of this task */
1412    struct thread_struct thread;    /*在进程切换时起作用*/
1413/* filesystem information */
1414    struct fs_struct *fs;
1415/* open file information */
1416    struct files_struct *files;
1417/* namespaces */
1418    struct nsproxy *nsproxy;
1419/* signal handlers */
1420    struct signal_struct *signal;
1421    struct sighand_struct *sighand;
1422
1423    sigset_t blocked, real_blocked;
1424    sigset_t saved_sigmask; /* restored if set_restore_sigmask() was used */
1425    struct sigpending pending;
1426
1427    unsigned long sas_ss_sp;
1428    size_t sas_ss_size;
1429    int (*notifier)(void *priv);
1430    void *notifier_data;
1431    sigset_t *notifier_mask;
1432    struct callback_head *task_works;
1433
1434    struct audit_context *audit_context;
1435    ...
...
1595    /*
4000
1596     * cache last used pipe for splice
1597     */
1598    struct pipe_inode_info *splice_pipe;
1599
1600    struct page_frag task_frag;
...
};


内核中进程的状态转换如下图:



在/include/linux/sched.h中定义了很多task的状态,主要的几个状态如下:

#define TASK_RUNNING        0
#define TASK_INTERRUPTIBLE  1
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2


子进程的创建

fork, vfork和clone都是用户态用来创建一个子进程的系统调用,都是通过调用do_fork()来创建新进程的。

用户态中fork系统调用通过int 0x80陷入内核态,并保存现场。

执行do_fork()来创建子进程,过程如下:

复制一个PCB

分配一个新的内核堆栈

修改复制过来的数据,比如pid、进程链表、eip等

父进程从ISR中返回,恢复现场,IRET到fork的下一条代码执行
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标签:  linux