分析 Linux 内核创建一个新进程的过程

张晓攀+原创作品转载请注明出处+《Linux内核分析》MOOC课程https://mooc.study.163.com/course/1000029000

实验六——分析Linux内核创建一个新进程的过程

一、实验过程

1.将github上的menu项目克隆下来

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

2.进入内核系统

更新test.c ：mv test_fork.c test.c

运行脚本，自动编译和自动生成根文件系统，同时启动，输入fork命令：make rootfs

3.gdb调试

• 关闭QEMU窗口，在命令行中输入命令：qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

• 另开一个shell窗口，依次输入指令进入调试：gdb，file linux-3.18.6/vmlinux，target remote:1234
  

• 设置断点
  

二、实验总结

在Linux内核中，创建一个新进程主要依赖于fork()、clone()等系统调用，最终由内核中的do_fork()函数完成。简要流程如下：

1. 用户态的系统调用

• 用户进程调用fork()、vfork()或clone()等接口。
• 这些接口会触发进入内核态，通过系统调用号定位到相应的内核函数，例如sys_clone。

2. 进入do_fork()

• do_fork()是创建新进程的核心内核函数，它接收用户态的参数并进行处理。
• 主要完成以下任务：
  1. 检查参数：确保clone_flags等参数有效。
  2. 分配task_struct：为新进程分配内存，并初始化其任务描述符task_struct，其中包含进程的关键信息，如PID、优先级、调度策略等。
  3. 复制父进程资源：
     • 虚拟内存：使用copy_mm()复制父进程的内存描述符。
     • 文件描述符：通过copy_files()复制文件描述符表。
     • 信号处理：通过copy_sighand()复制信号处理机制。
• 根据clone_flags决定是否与父进程共享某些资源（如地址空间、文件描述符表等）。

3. 分配PID

• 内核通过alloc_pid()函数为新进程分配一个唯一的进程标识符（PID）。

4. 设置调度信息

• 调用wake_up_new_task()，将新进程加入可运行队列，并设置其初始状态为TASK_RUNNING或TASK_INTERRUPTIBLE。

5. 返回到用户态

• 新进程的task_struct初始化完毕后，父子进程分别返回到用户态。
• 对于父进程，fork()返回新进程的PID；对于子进程，fork()返回0。

6. 执行新任务

• 如果新进程需要执行不同的程序，可以调用execve()加载新程序。
• 如果是vfork()或某些clone()调用，父进程可能会等待子进程执行完成后才继续运行。