Linux下的进程控制块(PCB)

本文转载自Linux下的进程控制块(PCB)

导语

进程在操作系统中都有一个户口，用于表示这个进程。这个户口操作系统被称为PCB（进程控制块），在linux中具体实现是 task_struct数据结构。

说明

进程控制块(PCB)（系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，用它来记录进程的外部特征，描述进程的运动变化过程。系统利用PCB来控和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志。进程与PCB是一一对应的）在不同的操作系统中对进程的控制和管理机制不同，PCB中的信息多少不一样，通常PCB应包含如下一些信息。

1、进程标识符 name：每个进程都必须有一个唯一的标识符，可以是字符串，也可以是一个数字。

2、进程当前状态 status：说明进程当前所处的状态。为了管理的方便，系统设计时会将相同的状态的进程组成一个队列，如就绪进程队列，等待进程则要根据等待的事件组成多个等待队列，如等待打印机队列、等待磁盘I/O完成队列等等。

3、进程相应的程序和数据地址，以便把PCB与其程序和数据联系起来。

4、进程资源清单。列出所拥有的除CPU外的资源记录，如拥有的I/O设备，打开的文件列表等。

5、进程优先级 priority：进程的优先级反映进程的紧迫程度，通常由用户指定和系统设置。

6、CPU现场保护区 cpustatus：当进程因某种原因不能继续占用CPU时（如等待打印机），释放CPU，这时就要将CPU的各种状态信息保护起来，为将来再次得到处理机恢复CPU的各种状态，继续运行。

7、进程同步与通信机制 用于实现进程间互斥、同步和通信所需的信号量等。

8、进程所在队列PCB的链接字 根据进程所处的现行状态，进程相的PCB参加到不同队列中。PCB链接字指出该进程所在队列中下一个进程PCB的首地址。

9、与进程有关的其他信息。 如进程记账信息，进程占用CPU的时间等。

在linux 中每一个进程都由task_struct 数据结构来定义. task_struct就是我们通常所说的PCB。

源码

struct task_struct
{
	volatile long state; //说明了该进程是否可以执行，还是可中断等信息
	unsigned long flags; // flags 是进程号，在调用fork()时给出
	int sigpending; // 进程上是否有待处理的信号

	 mm_segment_t addr_limit;  //进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同  //0-0xBFFFFFFF for user-thead    //0-0xFFFFFFFF for kernel-thread
	 //调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度
	 volatile long need_resched;
	 int lock_depth;    //锁深度
	 long nice;       //进程的基本时间片

	 //进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER
	 unsigned long policy;
	 struct mm_struct *mm;    //进程内存管理信息

	 int processor;
	 //若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1 这个值在运行队列被锁时更新
	 unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;
	 struct list_head run_list;   //指向运行队列的指针
	 unsigned long sleep_time;   //进程的睡眠时间

	 //用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task
	 struct task_struct *next_task, *prev_task;
	 struct mm_struct *active_mm;
	 struct list_head local_pages;      //指向本地页面
	 unsigned int allocation_order, nr_local_pages;
	 struct linux_binfmt *binfmt;      //进程所运行的可执行文件的格式
	 int exit_code, exit_signal;
	 int pdeath_signal;           //父进程终止时向子进程发送的信号
	 unsigned long personality;
	 //Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序
	 int did_exec:1;
	 pid_t pid;          //进程标识符,用来代表一个进程
	 pid_t pgrp;        //进程组标识,表示进程所属的进程组
	 pid_t tty_old_pgrp;      //进程控制终端所在的组标识
	 pid_t session;             //进程的会话标识
	 pid_t tgid;
	 int leader;    //表示进程是否为会话主管
	 struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;
	 struct list_head thread_group;          //线程链表
	 struct task_struct *pidhash_next;    //用于将进程链入HASH表
	 struct task_struct **pidhash_pprev;
	 wait_queue_head_t wait_chldexit;      //供wait4()使用
	 struct completion *vfork_done;         //供vfork() 使用

	 unsigned long rt_priority;       //实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值

	 //it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies, 系统根据it_real_value

	 //设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据

	 //it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。

	 //当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送

	 //信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.
	 //it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种

	 //状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据

	 //it_virt_incr重置初值。

	 unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;
	 unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;
	 struct timer_list real_timer;        //指向实时定时器的指针
	 struct tms times;                      //记录进程消耗的时间
	 unsigned long start_time;          //进程创建的时间

	 //记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
	 long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS]; 

	 //内存缺页和交换信息:

	 //min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copy on　Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换

	 //设备读入的页面数）； nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。
	 //cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。

	 //在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中
	 unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;
	 int swappable:1; //表示进程的虚拟地址空间是否允许换出
	 //进程认证信息
	 //uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gid

	 //euid，egid为有效uid,gid
	 //fsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件

	 //系统的访问权限时使用他们。
	 //suid，sgid为备份uid,gid
	 uid_t uid,euid,suid,fsuid;
	 gid_t gid,egid,sgid,fsgid;
	 int ngroups;                  //记录进程在多少个用户组中
	 gid_t groups[NGROUPS];      //记录进程所在的组

	 //进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
	 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;

	 int keep_capabilities:1;
	 struct user_struct *user;
	 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];    //与进程相关的资源限制信息
	 unsigned short used_math;         //是否使用FPU
	 char comm[16];                      //进程正在运行的可执行文件名
	 int link_count, total_link_ count;  //文件系统信息

	 //NULL if no tty 进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空
	 struct tty_struct *tty;
	 unsigned int locks;
	 //进程间通信信息
	 struct sem_undo *semundo;       //进程在信号灯上的所有undo操作
	 struct sem_queue *semsleeping;   //当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
	 //进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
	 struct thread_struct thread;
	 struct fs_struct *fs;           //文件系统信息
	 struct files_struct *files;    //打开文件信息
	 spinlock_t sigmask_lock;   //信号处理函数
	 struct signal_struct *sig;   //信号处理函数
	 sigset_t blocked;                //进程当前要阻塞的信号，每个信号对应一位
	 struct sigpending pending;      //进程上是否有待处理的信号
	 unsigned long sas_ss_sp;
	 size_t sas_ss_size;
	 int (*notifier)(void *priv);
	 void *notifier_data;
	 sigset_t *notifier_mask;
	 u32 parent_exec_id;
	 u32 self_exec_id;

	 spinlock_t alloc_lock;
	 void *journal_info;
}