Linux内核分析-分析Linux内核创建一个新进程的过程

Posted 2020-07-03

作者：江军

ID：fuchen1994

实验题目：分析Linux内核创建一个新进程的过程

1. 阅读理解task_struct数据结构http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235；

2. 分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构；

3. 使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone ，验证您对Linux系统创建一个新进程的理解,推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。

4. 特别关注新进程是从哪里开始执行的？为什么从哪里能顺利执行下去？即执行起点与内核堆栈如何保证一致

 

实验过程：

1.task_struct数据结构

struct task_struct { 
 volatile long state;进程状态
 void *stack; 堆栈
 pid_t pid; 进程标识符
 unsigned int rt_priority;实时优先级
 unsigned int policy;调度策略
 struct files_struct *files;系统打开文件
 ...
}

2.fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构

return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);

都是通过do_fork()实现进程的创建

linux系统是通过复制父进程的信息来创建子进程，在do_fork函数中，真正实现复制的是copy_process函数：

p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,child_tidptr, NULL, trace);

p = dup_task_struct(current);创建内核栈

retval = security_task_create(clone_flags);

retval = sched_fork(clone_flags, p);和调度相关的设置，cpu将调度这个task

retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p); 复制父进程堆栈的内容到子进程的堆栈中去.这其中，copy_thread函数中的语句p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork决定了新进程的第一条指令地址.

创建栈函数dup_task_struct：

tsk = alloc_task_struct_node(node);开辟内存空间

ti = alloc_thread_info_node(tsk, node);ti指向thread_info的首地址，同时也是系统为新进程分配的两个连续页面的首地址。

err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);复制父进程的task_struct信息到新的task_struct里

tsk->stack = ti;task对应栈

setup_thread_stack(tsk, orig);初始化thread info结构

set_task_stack_end_magic(tsk);栈结束的地址设置数据为栈结束标示

3. 使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone 

 

启动menu

调试

启动gdb

设置断点

 

操作系统创建一个新的进程（子进程），并且在进程表中相应为它建立一个新的表项。新进程和原有进程的可执行程序是同一个程序；上下文和数据，绝大部分就是原进程（父进程）的拷贝，但它们是两个相互独立的进程！此时程序寄存器pc，在父、子进程的上下文中都声称，这个进程目前执行到fork调用即将返回（此时子进程不占有CPU，子进程的pc不是真正保存在寄存器中，而是作为进程上下文保存在进程表中的对应表项内）。问题是怎么返回，在父子进程中就分道扬镳。 

父进程继续执行，操作系统对fork的实现，使这个调用在父进程中返回刚刚创建的子进程的pid（一个正整数）

子进程在之后的某个时候得到调度，它的上下文被换入，占据 CPU，操作系统对fork的实现，使得子进程中fork调用返回0。所以在这个进程（注意这不是父进程了哦，虽然是同一个程序，但是这是同一个程序的另外一次执行，在操作系统中这次执行是由另外一个进程表示的，从执行的角度说和父进程相互独立）中pid=0。这个进程继续执行的过程中，if语句中 pid<0不满足，但是pid==0是true。

4.新进程是从哪里开始执行的？为什么从哪里能顺利执行下去？即执行起点与内核堆栈如何保证一致

新进程是从ret_from_fork开始执行

 

为什么从哪里能顺利执行下去？

1. 在ret_from_fork之前,也就是在copy_thread()函数中*childregs = *current_pt_regs();该句将父进程的regs参数赋值到子进程的内核堆栈,

2. *childregs的类型为pt_regs,里面存放了SAVE ALL中压入栈的参数

3. 故在之后的RESTORE ALL中能顺利执行下去.