20135327郭皓--Linux内核分析第六周 进程的描述和进程的创建

Posted 2020-07-03

进程的描述和进程的创建

一、进程的描述

操作系统三大功能：

• 进程管理
• 内存管理
• 文件系统

进程描述符task_struct数据结构

• task _ struct：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。

• 进程的状态：Linux进程的状态（就绪态、运行态、阻塞态）

• 进程的标示pid：用来标示进程

进程描述符task_struct数据结构（重要部分）：

 1 struct task_struct {
 2 volatile long state;    /* 进程的运行状态-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
 3 void *stack;    /*指定了进程的内核堆栈*/
 4 atomic_t usage;
 5 unsigned int flags; /* 每一个进程的标识符 */
 6 
 7 int on_rq;  /*运行队列*/
 8 
 9 pid_t pid; /*进程标识符*/
10 
11 struck list_head task;  /*进程链表*/
12 
13 /*父子进程*/
14 struct task_struct __rcu *real_parent; /* real parent process */
15 struct task_struct __rcu *parent; 
16 
17 struct list_head children;    /* list of my children */

 

二、进程的创建

start _ kernel代码中的rest _ init创建两个内核线程，kernel _ init和kthreadd。

kernel _ init将用户态进程init启动,是所有用户态进程的祖先。

kthreadd是所有内核线程的祖先。

0号进程是所有线程的祖先。（0号进程时手工写的）

fork一个子进程的代码：

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <unistd.h>
 4 int main(int argc, char * argv[])
 5 {
 6     int pid;
 7     /* fork another process */
 8     pid = fork();
 9     if (pid < 0) 
10     { 
11         /* error occurred */
12         fprintf(stderr,"Fork Failed!");
13         exit(-1);
14     } 
15     else if (pid == 0) 
16     {
17         /* child process */
18         printf("This is Child Process!\\n");
19     } 
20     else 
21     { 
22         /* parent process  */
23         printf("This is Parent Process!\\n");
24         /* parent will wait for the child to complete*/
25         wait(NULL);
26         printf("Child Complete!\\n");
27     }
28 }

这里特别说明一下：else if和if两个模块的代码都会被执行，子进程和父进程都会返回，子进程返回0，父进程返回子进程pid。

 

 

实验：

1. 删除menu，克隆新的menu。

 

2.查看help

3.gdb调试

4.设置断点

5.单步追踪

 

总结：

新的进程从哪里开始？

1 *childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
2 childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因！
3  
4 p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
5 p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址

Linux通过复制父进程来创建一个新进程：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。

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。

设置sp调度到子进程时的内核栈顶，ip转到子进程时的第一条指令地址

之后，当子进程获得CPU的控制权开始运行的时候，ret _ form _ fork可以将后面的堆栈出栈，从iret返回到用户态，从而切换到子进程的用户空间，完成新进程的创建。