实验六：分析Linux内核创建一个新进程的过程

Posted 2020-07-03

20135108 李泽源

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。

5. 根据本周所学知识分析fork函数对应的系统调用处理过程，撰写一篇署名博客，并在博客文章中注明“真实姓名（与最后申请证书的姓名务必一致） + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”，博客内容的具体要求如下：

   1. 题目自拟，内容围绕对Linux系统如何创建一个新进程进行；

   2. 可以结合实验截图、绘制堆栈状态执行流程图等；

   3. 博客内容中需要仔细分析新进程的执行起点及对应的堆栈状态等。

   4. 总结部分需要阐明自己对“Linux系统创建一个新进程”的理解

   5. 打开shell终端，执行以下命令：

      cd LinuxKernel

      rm -rf menu

      git clone https://github.com/mengning/menu.git

      cd menu

      mv test_fork.c test.c

      make rootfs

      可以看到启动后的MenuOS已经包含了fork命令。

      
      

      1

      可以通过增加-s -S启动参数打开调试模式

      qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

      打开gdb进行远程调试

      gdb

      file linux-3.18.6/vmlinux

      target remote:1234

      设置断点

      b sys_clone

      b do_fork

      b dup_task_struct

      b copy_process

      b copy_thread

      b ret_from_fork

      实验分析：

      通过实验可知fork()函数创建新进程是通过下列一系列函数实现的：

      fork() -> sys_clone() -> do_fork() -> dup_task_struct() -> copy_process() -> copy_thread() -> ret_from_fork()

      实验总结：

      操作系统的三大管理功能包括：进程管理、内存管理、文件系统。

      fork、vfork、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来实现的；

      Linux通过复制父进程来创建一个新进程；

      从用户态的代码看fork()函数返回了两次，即在父、子进程中各返回一次，其中父进程返回码为子进程的pid，子进程返回码为0。

      当fork()函数调用失败时返回负值，失败原因主要有2个：

      1、当前的进程数已经达到了系统规定的上限，这时errno的值被设置为EAGAIN（11 Try again）；

      2、系统内存不足，这时errno的值被设置为ENOMEM（12 Out of Memory）。

      关于init进程创建：

      道生一 start_kernel ... cpu_idle

      一生二 kernel_init kthreadd

      二生三 0 1 2

      三生万物 1号进程是所有用户态进程的祖先 2号进程是所有内核线程的祖先