20135320赵瀚青LINUX第六周学习笔记

赵瀚青原创作品转载请注明出处《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

概述

这周主要讲解的是进程。首先老师就讲解了PCB进程结构块的数据结构，PCB进程控制块的代码包含了很多信息，最开始就是进程的状态信息

，然后是进程状态符，进程调度相关信息等等很多部分。然后老师讲解了用fork()创建进程的过程，然后用gdb调试，跟踪创建进程的过程。

本周学习的内容在上个学期娄老师的课程中有涉及，所以难度不是非常大，但是老师的讲解更加详细，更加细致，也更加深入。对于我们理解操作系统中的进程有着非常重要的作用。

课本内容总结

一、进程的描述

• 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。

1. 进程控制块PCB——task_struct

操作系统的三大管理功能

• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统

PCB task_struct中包含

• 进程状态
• 进程打开的文件
• 进程优先级信息

struct task_struct数据结构很庞大

二、进程的创建

进程借助创建原语实现创建一个新进程。首先为被创建进程在进程表集中区建立一个PCB--UNIX系统还要为进程创建U区和内存映像，从进程表索取一个空白PCB表目，记录它的下标；然后，把调用者提供的所有参数（见PCB块的内容），操作系统分配给新进程的PID和调用者的PID，就绪状态和CPU记账数据填入该PCB块；最后，把此PCB块分别列置到就绪队列RQ和进程隶属关系族群中。

UNIX系统使用fork()函数创建新进程时，为子进程复制EP进程的内存映像并不是主要目标。这时，若用exec()执行一个新程序，则子进程的正文段将全部更换，而数据段也将更新。

　　创建原语可描述如下：

　　Procedurecreate(n,S0,K0,M0,R0,acc)
　　begin
　　i:=getinternalname(n);//进程表下标
　　i.id:=n;i.priority:=K0;//进程PID,进程优先级
　　i.CPUstate=S0;i.mainstore:=M0;//初始CPU状态，内存地址
　　i.resources:=R0;i.status:=readys;//资源清单，就绪状态
　　j:=EP;i.parent:=j;i.progeny:=φ;//父进程是EP进程，子进程空
　　j.progeny:=i;//进程隶属关系
　　i.sdata=RQ;insert(RQ,i);//到就绪进程队列排队
　　continue
　　end

三、实验内容

实验内容概述

• 阅读理解task_struct数据结构；
• 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；
• 使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone

实验步骤

1、启动MenuOS

cd LinuxKernel
rm menu -rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_fork.c test.c
make rootfs

2、2. gdb调试fork命令

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

在新窗口中启动调试：

$ gdb
$ file linux-3.18.6/vmlinux
$ target remote:1234

并设置断点

- b sys_clone
- b do_fork
- b dup_task_struct
- b copy_process
- b copy_thread
- b ret_from_for

在Menu系统中输入fork指令，可以看到只输出了fork功能的描述，在断点处sys_clone处停止了。继续运行，观察每个断点出的结果。

总结

创建一个新进程的执行过程

1.通过调用do_fork来实现进程的创建；
2.复制父进程PCB--task_struct来创建一个新进程，要给新进程分配一个新的内核堆栈;
3.修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等执行copy_process和copy_thread
4、成功创建新进程