task_struct 数据结构

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.她是对进程控制的唯一手段也是最有效的手段. 当我们调用fork() 时, 系统会为我们产生一个task_struct结构。然后从父进程,那里继承一些数据, 并把新的进程插入到进程树中, 以待进行进程管理。因此了解task_struct的结构对于我们理解任务调度(在linux 中任务和进程是同一概念)的关键。

    在进行剖析task_struct的定义之前，我们先按照我们的理论推一下它的结构：

1、进程状态 ,将纪录进程在等待,运行,或死锁

2、调度信息, 由哪个调度函数调度,怎样调度等

3、进程的通讯状况

4、因为要插入进程树,必须有联系父子兄弟的指针, 当然是task_struct型

5、时间信息, 比如计算好执行的时间, 以便cpu 分配

6、标号 ,决定改进程归属

7、可以读写打开的一些文件信息

8、 进程上下文和内核上下文

9、处理器上下文

10、内存信息

因为每一个PCB都是这样的, 只有这些结构, 才能满足一个进程的所有要求。打开/include/linux/sched.h可以找到task_struct 的定义

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; /*Flage 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 ***********************/
/**********************************************************/
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*******/
/**********************************************************/

int lock_depth; /*********************锁深度***************/
long nice; /*************进程的基本时间片******************/
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*************************************/
/**********************************************************/
/**********************************************************/
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*************/
struct task_struct *next_task, *prev_task;
/**********************************************************/
/*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 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;/*父进程终止是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;
/**********************************************************/
/*按POSIX要求设计的布尔量,区分进程正在执行从***************/
/*父进程中继承的代码,还是执行由execve装入的新程序代码******/
/**********************************************************/
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; /*************标志,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pidhash
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。
Real定时器根据系统时间实时更新，不管进程是否在运行
Virtual定时器只在进程运行时，根据进程在用户态消耗的时间更新
Profile定时器在进程运行时，根据进程消耗的时
（不管在用户态还是内核态）更新*****************************/
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
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
/* mm fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific */
//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
/* process credentials *////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;
/* limits */
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
/* file system info *///文件系统信息
int link_count, total_link_count;
struct tty_struct *tty; /* 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*/
unsigned int locks; /* How many file locks are being held */
/* ipc stuff *///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
/* CPU-specific state of this task *///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;
/* filesystem information文件系统信息*/
struct fs_struct *fs;
/* open file information *///打开文件信息
struct files_struct *files;
/* signal handlers *///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;
/* Protection of (de-)allocation: mm, files, fs, tty */
spinlock_t alloc_lock;
void *journal_info;/* journalling filesystem info */
};