进程控制块PCB结构体 task_struct 描述

进程控制块，英文名（Processing Control Block），简称 PCB 。

进程控制块是系统为了管理进程设置的一个专门的数据结构，主要表示进程状态。

每一个进程都对应一个PCB来维护进程相关的信息；

在Linux中，PCB结构为task_struct;

task_struct是Linux内核的一种数据结构，它会被装载到RAM里并且包含进程的信息，每个进程都把它的信息放在task_struct这个数据结构里。

task_struct结构图：

task_struct描述：
1.进程状态：是调度和兑换的依据

linux进程的状态
内核表示	含义
TASK_RUNNING	可运行
TASK_INTERRUPTIBLE	可中断的等待状态
TASK_UNINTERRUPTIBLE	不可中断的等待状态
TASK_ZOMBIE	僵死
TASK_STOPPED	暂停
TASK_SWAPPING	换入/换出

2.标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其它进程

　　每个进程都有一个唯一的标识符，内核通过这个标识符来识别不同的进程，同时，进程标识符PID也是内核提供给用户程序的接口，用户程序通过PID对进程发号施令。PID是32位的无符号整数，它被顺序编号：新创建进程的PID通常是前一个进程的PID加1。然而，为了与16位硬件平台的传统Linux系统保持兼容，在Linux上允许的最大PID号是32767，当内核在系统中创建第32768个进程时，就必须重新开始使用已闲置的PID号。

各种标识符
域名	含义
pid	进程标识符
ppid	父进程
uid、gid	用户标识符、组标识符
euid、egid	有效用户标识符、有效组标识符
suid、sgid	备份用户标识符、备份组标识符
fsuid、fsgid	文件系统用户标识符、文件系统组标识符

3.进程调度信息

　　调度程序利用这部分信息决定系统中哪个进程应该优先运行，并结合进程的状态信息保证系统运转的公平和高效。这一部分信息通常包括进程的类别（普通进程还是实时进程）、进程的优先级（priority）等等

进程调度信息
域名	含义
need_resched	调度标志
nice	静态优先级
counter	动态优先级
policy	调度策略
rt_priority	实时优先级

当need_resched被设置时，在“下一次的调度机会”就调用调度程序schedule()。 counter代表进程剩余的时间片，是进程调度的主要依据，也可以说是进程的动态优先级，因为这个值在不断地减少；nice是进程的静态优先级，同时也代表进程的时间片，用于对counter赋值，可以用nice()系统调用改变这个值；policy是适用于该进程的调度策略，实时进程和普通进程的调度策略是不同的；rt_priority只对实时进程有意义，它是实时进程调度的依据。

进程调度的策略
名称	解释	适用范围
SCHED_OTHER	其它调度	普通进程
SCHED_FIFO	先来先服务调度	实时进程
SCHED_RR	时间片轮转调度

4.程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址

5.内存指针：包括程序代码和进程相关数据指针，还有和其他进程共享的内存块的指针

6.与处理器相关的上下文数据：程序执行时处理器的寄存器中的数据

7.I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备和被进程使用的文件列表

8.记账信息：可以包括处理器时间总和，使用的时钟数总和、时间限制、记账号等

struct task_struct
{
    volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
    /*
　　　表示进程的当前状态:
    TASK_RUNNING:正在运行或在就绪队列run-queue中准备运行的进程，实际参与进程调度。
    TASK_INTERRUPTIBLE:处于等待队列中的进程，待资源有效时唤醒，也可由其它进程通过信号(signal)或定时中断唤醒后进入就绪队列run-queue。
    TASK_UNINTERRUPTIBLE:处于等待队列中的进程，待资源有效时唤醒，不可由其它进程通过信号(signal)或定时中断唤醒。
    TASK_ZOMBIE:表示进程结束但尚未消亡的一种状态(僵死状态)。此时，进程已经结束运行且释放大部分资源，但尚未释放进程控制块。
    TASK_STOPPED:进程被暂停，通过其它进程的信号才能唤醒。导致这种状态的原因有二，或者是对收到SIGSTOP、SIGSTP、SIGTTIN或SIGTTOU信号的反应，或者是受其它进程的ptrace系统调用的控制而暂时将CPU交给控制进程。
    TASK_SWAPPING: 进程页面被交换出内存的进程。
    */
    unsigned long flags;　　//进程标志，与管理有关,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
    /*用户线程空间地址: 0..0xBFFFFFFF。
       内核线程空间地址: 0..0xFFFFFFFF     */

    struct exec_domain *exec_domain;　　//进程执行域
    volatile long need_resched;　　　　　//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
    unsigned long ptrace;
    int lock_depth;　　//锁深度
    long counter;　　　//进程的基本时间片,在轮转法调度时表示进程当前还可运行多久，在进程开始运行是被赋为priority的值，以后每隔一个tick(时钟中断)递减1，减到0时引起新一轮调 度。重新调度将从run_queue队列选出counter值最大的就绪进程并给予CPU使用权，因此counter起到了进程的动态优先级的作用
    long nice;　　　　 //静态优先级
    unsigned long policy;　　//进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR,分时进程:SCHED_OTHER
//在Linux 中, 采用按需分页的策略解决进程的内存需求。task_struct的数据成员mm 指向关于存储管理的mm_struct结构。
    struct mm_struct *mm;　　//进程内存管理信息
    int has_cpu, processor;
    unsigned long 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
    //在Linux 中所有进程(以PCB 的形式)组成一个双向链表,next_task和prev_task是链表的前后向指针
　 struct task_struct *next_task, *prev_task;
    struct mm_struct *active_mm;  //active_mm 指向活动地址空间。
    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;　　　　//父进程终止是向子进程发送的信号
    unsigned long personality;
    int dumpable:1;
    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
    
　　//指向最原始的进程任务指针，父进程任务指针，子进程任务指针，新兄弟进程任务指针，旧兄弟进程任务指针。
    struct task_struct *p_opptr, *p_pptr, *p_cptr, *p_ysptr, *p_osptr;
    struct list_head thread_group;　　 //线程链表
    
　　//用于将进程链入HASH表,系统进程除了链入双向链表外，还被加入到hash表中
    struct task_struct *pidhash_next;
    struct task_struct **pidhash_pprev;
    wait_queue_head_t wait_chldexit; 　　//供wait4()使用
    struct semaphore *vfork_sem;　　　　 //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_incr;
    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
    long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];//记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间
    //内存缺页和交换信息:
    //min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copyon　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
    kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;//进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合
    int keep_capabilities:1;
    struct user_struct *user;　　//代表进程所属的用户
    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
     //文件系统信息
    int link_count;
    struct tty_struct *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
    unsigned int locks;     /* How many file locks are being held */
    //进程间通信信息
    struct sem_undo *semundo;　　//进程在信号量上的所有undo操作
    struct sem_queue *semsleeping;　　//当进程因为信号量操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作
    struct thread_struct thread;　　　//进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
    struct fs_struct *fs; 　　　　//文件系统信息，fs保存了进程本身与VFS（虚拟文件系统）的关系信息
    struct files_struct *files;　//打开文件信息
     //信号处理函数
    spinlock_t sigmask_lock; /* Protects signal and blocked */
    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;
    /* Thread group tracking */
    u32 parent_exec_id;
    u32 self_exec_id;
    spinlock_t alloc_lock;   //用于申请空间时用的自旋锁。自旋锁的主要功能是临界区保护

};