Linux下task_struct详解

Posted 2020-07-18

   背景：为了管理进程，操作系统必须对每个进程所做的事情进行清楚地描述，为此，操作系统使用数

据结构来代表处理不同的实体，这个数据结构就是通常所说的进程描述符或进程控制块。
在linux系统中，这就是task_struct结构，在include\linux\sched.h文件中定义。


  每个进程都会被分配一个task_struct结构，它包含了这个进程的所有信息，
在任何时候操作系统都能跟踪这个结构的信息。
这个结构是linux内核汇总最重要的数据结构，下面我们会详细的介绍。


task_struct结构的主要信息：

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

下面我们看一下linux下是怎么定义task_struct的：

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

}
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mm_segment_t addr_limit;         进程地址空间
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 
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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
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int lock_depth; 锁深度
long nice; 进程的基本时间片
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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
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struct mm_struct mm;           进程内存管理信息
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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.
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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
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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.
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struct mm_struct active_mm;
truct 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
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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
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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
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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


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struct task_struct pidhash_pprev;
wait_queue_head_t wait_chldexit; 供wait4()使用
struct completion vfork_done;  供vfork() 使用
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unsigned long rt_priority;
实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值，
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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


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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
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 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 
};

很复杂有木有，大家挑着自己想要了解的看吧

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