Linux内核分析——第六周学习笔记20135308

第六周进程的描述和进程的创建

一、进程描述符task_struct数据结构

1.操作系统三大功能

进程管理
内存管理
文件系统

2.进程控制块PCB——task_struct

也叫进程描述符，为了管理进程，内核需要对每个进程进行描述，它就提供了内核所需了解的进程信息。

struct task_struct数据结构很庞大,1235行~1644行

3.Linux进程状态

Linux进程的状态与操作系统原理中的描述的进程状态有所不同

操作系统状态：

就绪态
运行态
阻塞态

linux进程状态：

4.理解task_struct数据结构

二、进程的创建

1.进程的创建概览及fork一个进程的用户态代码

（1）进程起源再回顾

start_kernel的最后rest_init里面创建了两个kernel_thread（内核线程）

kernel_init用户态进程
kthreadd所有内核线程的祖先

以上创建过程与我们在shell命令行下启动一个进程，创建过程本质上是一样的。

（2）复制一份进程描述符

其实0号进程是手工写入它的进程描述符数据，1号进程的创建是复制了0号进程的PCB，根据1号进程的需要，修改PID，加载一个init可执行程序。

进程是怎么创建起来的？

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();　　//用于在用户态创建一个子进程的系统调用
    if (pid < 0) 　　//出错处理，之后两个都不会执行
    { 
        /* error occurred */
        fprintf(stderr,"Fork Failed!");
        exit(-1);
    } 
    else if (pid == 0) 　　//这里pid=0，下面两个都会执行。因为fork系统调用在父进程和子进程各返回一次
    {
        /* 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");
    }
}

2.理解进程创建过程复杂代码的方法

（1）系统调用再回顾

（2）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);　　//在这个函数复制父进程的数据结构

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;　　//复制内核堆栈
　　$ 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，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

    $ *childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
    $ childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因
 
    $ p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
    $ p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址