分析Linux内核创建一个新进程的过程

阅读理解task_struct数据结构

http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235

这个也就是我们操作系统所学的进程pcb，它的结构非常庞大，具体代码是从第1235行到第1664行。

这里选几个重要的结构说明

state进程状态(就绪态和运行状态都是TASK_RUNNING，它们的区别在于是否占有CPU）

pid进程id

stack进程的内核堆栈

flags进程标识符

tty_struct控制台描述

fs_struct 文件系统描述

files_struct打开的文件描述符

mm_struct内存管理的描述

signal_struct信号的描述

struct list_head tasks进程链表，是一个双向链表

程序创建的进程具有父子关系，在编程时往往需要引用这样的父子关系。进程描述符中有几个域用来表示这样的关系。

分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构

Linux中创建进程一共有三个函数：

fork，创建子进程

vfork，与fork类似，但是父子进程共享地址空间，而且子进程先于父进程运行。

clone，主要用于创建线程

YSCALL_DEFINE0(fork)
{return do_fork(SIGCHLD, 0,0,NULL,NULL);
}
#endif
SYSCALL_DEFINE0(vfork)
{return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0,
0,NULL,NULL);
}S
YSCALL_DEFINE5(clone,unsignedlong, clone_flags, unsignedlong, newsp,
int __user *, parent_tidptr,
int __user *, child_tidptr,
int, tls_val)
{return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
}

 这三个函数具体实现有所不同，但都是通过do_fork来实现进程的创建

fork函数，是众多系统调用之一，它与其他系统调用的大体过程一致，具体过程如下：
1.复制父进程的pcb——task_struct
err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);
2.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);
3.修改复制过来的进程数据，比如pid，进程链表等等。
p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,child_tidptr, NULL, trace);

完成的工作

1.出错处理
2.dup_task_struct复制pcb，此时，子进程和父进程的描述符是完全相同的。
包括，数据结构值传递；创建内核堆栈，分配页面；

3.p=dup_task_struct进程指针p指向信创建的子进程

4.初始化子进程（初始化文件信息，初始化内存等，其中非常重要的：copy_thread初始化线程：找到子进程内核堆栈的地址，找到

父进程内核堆栈的地址，拷贝部分内核堆栈数据（即SAVE_ALL）和指定新进程的第一条指令地址），完成这个动作后，子进程已

经有了自己独立的ip，文件信息，内存信息，内核堆栈地址等，即已经拥有自己的进程空间

5.最后ret_from_fork，这个命令最后会跳到syscall_exit，此时系统调用结束，返回用户态。

使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone
，验证Linux系统创建一个新进程的理解,推荐在实验楼Linux虚拟机
环境下完成实验。
命令
rm menu/ -rf
git clone https://github.com/menging/menu.git cd menu
mv test_fork.c test.c
make roofts
cd LinuxKernel
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.omg -s -S
gdb
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork













小结

1.新进程是从ret_from_fork开始执行的，因为执行到这里时，子进程已经拷贝并修改了父进程的进程空间。它是通过fork函数中的 copy_process中的copy_thread（找到父进程的内核堆栈，找到子进程的内核堆栈，拷贝父进程部分内核堆栈数据（即SAVE_ALL），

指定新进程的第一条指令地址），此时子进程已经有了自己独立的进程空间。

2.linux创建一个新进程

之前从mykernel大体知道，linux是人为创建0号进程，然后复制并修改0号进程产生1号进程等等。

学到现在，加深了许多细节的理解

首先，创建进程是通过系统调用来实现的，首先需要保护中断现场，进入中断向量，查找并执行系统调用fork：复制pcb，创建内核堆栈，分配页面，

修改pcb（包括文件信息，内存信息等等，其中特别重要的是，查找父进程和子进程的内存堆栈，复制父进程的部分内核堆栈到子进程，找到子进程的

第一条指令地址，这样以来，子进程就是一个独立的进程），最后ret_from_fork，这个命令最后会跳到syscall_exit，此时系统调用结束，中断结

束，恢复中断现场，返回用户态。

张何灿 + 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