2019-2020-1 20199308《Linux内核原理与分析》第七周作业

《Linux内核分析》

第六章 进程的描述和进程的创建

6.1 进程的描述

• 操作系统内核实现操作系统的三大管理功能：
  • 进程管理(进程)—核心
  • 内存管理（虚拟内存）
  • 文件系统（文件）
• 为了管理进程，内核必须对每个进程进行清晰的描述，进程描述符提供了内核所需了解的进程信息。
• 用数据结构struct task_struct 来描述进程
  • struct task_struct数据结构很庞大
  • Linux进程的状态与操作系统原理中的描述的进程状态似乎有所不同，比如就绪状态和运行状态都是TASK_RUNNING，为什么呢？
  • 进程的标示pid
  • 所有进程链表struct list_head tasks; 内核的双向循环链表的实现方法 - 一个更简略的双向循环链表
  • 程序创建的进程具有父子关系，在编程时往往需要引用这样的父子关系。进程描述符中有几个域用来表示这样的关系
  • Linux为每个进程分配一个8KB大小的内存区域，用于存放该进程两个不同的数据结构：Thread_info和进程的内核堆栈
  • struct thread_struct thread; //CPU-specific state of this task
  • 文件系统和文件描述符
  • 内存管理——进程的地址空间
  • 进程描述符的结构示意图
    
    
  • 进程状态转换图
    
    

6.2 进程的创建

• 分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构

  • 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，do_fork完成了创建中的大部分工作，该函数调用copy_process（）函数，然后让进程开始运行。copy_process（）函数工作如下:

  1、调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈、thread_info结构和task_struct，这些值与当前进程的值相同
  
  2、检查
  
  3、子进程着手使自己与父进程区别开来。进程描述符内的许多成员被清0或设为初始值。
  
  4、子进程状态被设为TASK_UNINTERRUPTIBLE，以保证它不会投入运行
  
  5、copy_process（）调用copy_flags()以更新task_struct的flags成员。表明进程是否拥有超级用户权限的PF_SUPERPRIV标志被清0。表明进程还没有调用exec（）函数PF_FORKNOEXEC标志被设置
  
  6、调用alloc_pid()为新进程分配一个有效的PID
  
  7、根据传递给clone（）的参数标志，copy_process()拷贝或共享打开的文件、文件系统信息、信号处理函数、进程地址空间和命名空间等
  
  8、最后，copy_process（）做扫尾工作并返回一个指向子进程的指针

• 过程：

  • 更新menu代码到最新版、make rootfs，用help查看，新添加fork命令：

• 使用gdb跟踪调试内核，在一些重要函数处设置断点
• 对内核当中的sys_clone，fork,dup_task_struct，copy_thread，copy_process等函数进行端点设置

• ret_from_fork;决定了新进程的第一条指令地址。
  
  原因如下：
• copy_process()主要完成进程数据结构，各种资源的初始化。

p = dup_task_struct(current);

• (省略的IF语句)检查clone_flags参数,防止无效的组合进入
• p = dup_task_struct(current);调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈
• 判断权限及允许范围的代码
• 对子进程的描述符初始化和复制父进程的资源给子进程
• retval = sched_fork(clone_flags, p);完成调度相关的设置，将这个task分配给CPU
• if (retval)语句群,复制共享进程的的各个部分
• retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p);复制父进程堆栈的内容到子进程的堆栈中去.这其中,copy_thread()函数中的语句p->thread.ip = (unsigned long) - - --
• ret_from_fork;决定了新进程的第一条指令地址.

总结：

• Linux通过复制父进程来创建一个新进程,通过调用do_fork来实现
• Linux为每个新创建的进程动态地分配一个task_struct结构.
• 为了把内核中的所有进程组织起来，Linux提供了几种组织方式，其中哈希表和双向循环链表方式是针对系统中的所有进程（包括内核线程），而运行队列和等待队列是把处于同一- - 状态的进程组织起来
• fork()函数被调用一次，但返回两次