Chap3 进程管理

 

3.1 进程描述符及任务结构

进程存放在任务队列task list的双向循环链表中；

链表中存放进程描述符，task_struct(定义在)

linux通过slab分配器分配task_struct结构，达到对象复用和缓存着色的目的；

slab分配器动态生成task_struct，只需在栈底船舰一个新的结构struct thread_info：

 

    struct thread_info {
        struct task_struct *task;
        struct exec_domain *exec_domain;
        unsigned long flags;
        unsigned long status;
        __u32 cpu;
        __s32 preempt_count;
        mm_segment_t addr_limit;
        struct restart_block restart_block;
        unsigned long previous_esp;
        __u8 supervisor_stack[0];
};

每个任务的thread_info结构在它的内核栈的尾端分配，其中的task域指向实际task_struct指针。

current_thread_info()->task;指向当前进程描述符

进程状态：

• TASK_RUNNING
• TASK_INTERRUPTIBLE——进程正在睡眠，某些条件达成后被唤醒
• TASK_UNINTERRUPTIBLE——不可被打断
• TASK_ZOMBIE——进程已结束，父进程未调用wait4()，子进程描述符仍被保留
• TASK_STOPPED

 

set_task_state(task, state);设置进程状态

set_current_state(state)与set_task_state(current, state)等价；

进程描述符中还包括进程间的关系，指向父进程的task_struct parent以及称为children的子进程链表

3.2 进程创建

fork()+exec()——fork()通过拷贝当前进程创建一个子进程；exec()读取可执行文件并将其载入地址空间运行。

写时拷贝——父子进程共享同一拷贝，只有在需要写入时，数据才会复制，从而使各个进程拥有各自的拷贝

fork()：

调用clone()；

clone()调用do_fork()；

do_fork()调用copy_process()；

(1) 调用dup_task_struct()为新进程创建内核栈、thread_info结构和task_struct，与当前进程值相同；

(2) 父子进程开始区别，子进程描述符中很多成员清0或设置初始值；

(3) 子进程状态设为TASK_UNINTERRUPTIBLE，以保证不会投入运行；

(4) 调用copy_flags()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标志清0，表明进程还没调用exec()函数的PF_FORKNOEXEC标志被设置；

(5) get_pid()为新进程获取有效PID

(6) 根据传递给clone()的参数标志，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。

(7) 父子进程平分剩余时间片；

(8) copy_process()作扫尾工作并返回一个指向子进程的指针

clone()参数标志：

 

Flag	Meaning
CLONE_FILES	Parent and child share open files.
CLONE_FS	Parent and child share filesystem information.
CLONE_IDLETASK	Set PID to zero (used only by the idle tasks).
CLONE_NEWNS	Create a new namespace for the child.
CLONE_PARENT	Child is to have same parent as its parent.
CLONE_PTRACE	Continue tracing child.
CLONE_SETTID	Write the TID back to user-space.
CLONE_SETTLS	Create a new TLS for the child.
CLONE_SIGHAND	Parent and child share signal handlers and blocked signals.
CLONE_SYSVSEM	Parent and child share System V SEM_UNDO semantics.
CLONE_THREAD	Parent and child are in the same thread group.
CLONE_VFORK	vfork() was used and the parent will sleep until the child wakes it.
CLONE_UNTRACED	Do not let the tracing process force CLONE_PTRACE on the child.
CLONE_STOP	Start process in the TASK_STOPPED state.
CLONE_SETTLS	Create a new TLS (thread-local storage) for the child.
CLONE_CHILD_CLEARTID	Clear the TID in the child.
CLONE_CHILD_SETTID	Set the TID in the child.
CLONE_PARENT_SETTID	Set the TID in the parent.
CLONE_VM	Parent and child share address space.

3.3 线程

线程也拥有自己的task_struct，与普通进程的区别是内核线程没有独立的地址空间（mm指针为NULL）

int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags)

一般情况下，内核线程会将创建的函数永远执行下去，该函数由一个循环构成，需要时唤醒并执行，完成任务会自行休眠。

3.4 进程终结

exit()

调用do_exit()：

(1) 将task_struct中的标志成员设置为PF_EXITING

(2) 调用del_timer_sync()删除任意内核定时器；

(3) 调用acct_process()来输出记账信息；

(4) 调用__exit_mm()放弃进程占用的内存描述符mm_struct；

(5) exit_sem()；

(6) 调用__exit_files(), __exit_fs(), exit_namespace(), exit_sighand() 分别递减文件描述符、文件系统数据、进程名字空间、信号处理函数的引用计数；

(7) 把task_struct中的exit_code成员中的任务退出代码设置为exit()提供的代码；

(8) 调用exit_notify()向父进程发送信号，将子进程的父进程重新设置为线程组中的其他进程或init进程，进程状态设置为TASK_ZOMBE

(9) 调用schedule()切换到其他进程

调用do_exit()后，线程已僵死，但系统保留了进程描述符。

删除进程描述符release_task()：

(1) free_uid()减少进程拥有者的进程使用计数；

(2) unhash_process()从pidhash上删除该进程，同时从task_list中删除该进程；

(3) 将跟踪进程的父进程重设为其最初的父进程并将其从ptract list中删除；

(4) 调用put_task_struct()释放进程内核栈和thread_info所占的页，释放task_struct所占的slab高速缓存。