进程的描述和进程的创建
进程的描述和进程的创建
20135109 高艺桐
《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
一、进程的描述
1、1进程描述符task_struck数据结构（一）
（1）操作系统的三大功能：进程管理、内存管理、文件系统。
（2）
进程控制块PCB——task_struck
tty_struck控制台
fs_struck文件系统的描述
files_struck打开的文件描述符
mm_struck内存的描述
signal_struck信号的描述
（3）操作系统原理中的状态：就绪态、运行态、阻塞态
（4）
内核管理中的进程状态：
TASK_TUNNING(可运行)获得cpu控制权正在运行，被调度出去就是就绪态。
TASK_ZOMBIE(进程被终止)
TASK_interruotibie(阻塞态)
TASK_uninterruotibie(阻塞态)
（5）进程的标示符：pid（用来标识进程）
1、2进程描述符task_struck数据结构（二）
（1）state运行状态（指定进程状态）
（2）SMP条件编译（多处理器时会用到）
（3）
struct list_head tasks进程的链表，双向循环链表连接，链表可独立进行操作
（4）每个进程有自己独立的地址空间，32位x86有4G进程地址空间。
（5）pid_t pid标识一个进程
（6）
进程的父子关系：兄弟父子之间的关系通过双向链表连接起来。
（7）CPU相关的状态：thread_struct（sp、ip）进程上下文切换时期关键作用
（8）struct files_struct*files打开文件列表
（9）struck signal_struct *signal信号处理相关工作
二、进程的创建过程
2、1进程的创建概览及fork一个进程的用户态代码
（1）（文件系统、信号、内存）进程描述符中有相应的指针指向其内容，进行研究。
（2）
进程是怎么创建的：复制一份进程描述符，0号进程用代码写死，1号进程复制0号进程pcb，根据1号进程需要修改pid，最后加一个init可执行程序。
（3）
子进程从哪里开始执行：shell命令行怎么创建子进程的？
fork（）用户态进行创建子进程
fork系统调用在父进程和子进程各返回一次
（4）fork在子进程中返回值是父进程的ID
2、2理解进程创建过程复杂代码的方法
（1）系统调用再回顾：
Int0x80是中断指令，把用户态堆栈转化到内核态堆栈，把CPU最关键的现场eip、esp保存到内核堆栈中去。
（2）
子进程从哪里开始执行：fork（）出的子进程在内核中开始返回。创建一个进程的框架：复制一份进程描述符，0号进程用代码写死，1号进程复制0号进程pcb，根据1号进程需要修改pid，最后加一个init可执行程序。
（3）创建进程过程中要做哪些事情：修改pcb，建立链表，修改分配内核堆栈，保存进程执行到哪个位置，保存sp、ip（避免发生混乱），需要有thread设定eip和esp位置。
2、3浏览进程的创建过程相关的关键方法
（1）
创建新进程在内核中执行的过程：
复制一个PCB——task_struct
给新进程分配一个新的内核堆栈
更改复制过来的进程数据，比如pid，进程链表等
（2）系统调用内核处理函数：sys_fork、sys_clone、sys_vfork
（3）do_fork（）中包含的copy process创建一个进程内容的主要代码
（4）arch dup_task_struct复制整个PCB（*dst=src*数据结构的值复制给dst）
（5）thread_info内核堆栈，创建一个页面，比较大（分配内核堆栈空间）
（6）p指向子进程的描述符
（7）copy_thread从子进程的pid找到了栈底的地址，把sp赋值过去，对父进程的栈底进行拷贝，包括栈顶数据，thread ip的内容。
2、4创建的新进程是从哪里开始执行的
（1）子进程从哪里开始执行的：ret_from_fork
（2）
Int指令和SAVE_ALL压到内核栈的内容。
（3）ret_from_fork 中的syscall_exit内核堆栈可正常返回到用户态（子进程的进程空间）。
2、5使用gdb跟踪创建新进程的过程
自己实验截图：
（1）把menu删除，克隆一份新的，把test_fork.c覆盖掉，编译内核，可以看到fork命令
（2）设置断点sys_clone，设置断点do_fork，设置断点dup_task_struck，设置断点copy_process，设置断点copy_thread，设置断点ret_from_fork
（3）在MenuOS中执行fork，就会发现fork函数停在了父进程中
（4）继续执行之后，停在了do_fork的位置
（5）按s进入该函数，可以看到dst = src（也就是复制父进程的struct）
（6）按n继续追踪
（7）在copy_thread中，可以看到把task_pg_regs(p)也就是内核堆栈特定的地址找到并初始化
三、实验总结
通过本周的学习，我了解到了Linux通过clone（）系统调用实现fork（），fork（），vfork（），和clone（）库函数都是根据各自需要的参数标志去调用clone（），然后由clone（）调用do_fork，其中do_fork函数调用了copy_process（）函数，然后让进程执行 Linux通过复制父进程创建新进程，fork、vfork、clone都是通过do_exit实现进程的创建。
创建新进程的过程为：复制一个PCB——task_struct，给新进程分配一个新的内核堆栈，更改复制过来的进程数据，比如pid，进程链表等。子进程从ret_from_fork开始执行。
