Linux fork()一个进程内核态的变化

Posted 2021-01-12 FireLightning

【前言】用户态的变化，耳熟能详不在赘述。现在支持读时共享，写时复制。

一、内核态的变化

　　1、fork一个子进程代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(int argc, char * argv[])
{
    int pid;
    /* fork another process */
    pid = fork();
    if (pid < 0) 
    { 
        /* error occurred */
        fprintf(stderr,"Fork Failed!");
        exit(-1);
    } 
    else if (pid == 0) 
    {
        /* child process */
        printf("This is Child Process!\n");
    } 
    else 
    {  
        /* parent process  */
        printf("This is Parent Process!\n");
        /* parent will wait for the child to complete*/
        wait(NULL);
        printf("Child Complete!\n");
    }
}

　　2、创建一个新进程在内核中的执行过程

　　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；

　　3、Linux通过复制父进程来创建一个新进程，那么这就给我们理解这一个过程提供一个想象的框架：
　　　　 (1)复制一个PCB——task_struct
                    err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);
               (2)要给新进程分配一个新的内核堆栈
                 (注意,是内核栈,不是用户堆栈,用户态的是复制的)

 ti = alloc_thread_info_node(tsk, node);
tsk->stack = ti;
setup_thread_stack(tsk, orig); //这里只是复制thread_info，而非复制内核堆栈

               (3)要修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等都要改改吧，见copy_process内部。
　　4、从用户态的代码看fork()----子进程从哪里开始执行?

　　函数返回了两次，即在父子进程中各返回一次，父进程从系统调用中返回比较容易理解，子进程从系统调用中返回，那它在系统调用处理过程中的哪里开始执行的呢？这就涉及子进程的内核堆栈数据状态和task_struct中thread记录的sp和ip的一致性问题，这是在哪里设定的？copy_thread in copy_process

*childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因！

p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址