Linux内核分析第六周学习笔记——分析Linux内核创建一个新进程的过程

Linux内核分析第六周学习笔记——分析Linux内核创建一个新进程的过程

zl + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

进程的两种虚拟机制：虚拟处理器，虚拟内存

任务队列:链表每一项都是进程描述符结构。

进程描述符描述内容：打开的文件，进程地址空间，挂起信号，进程状态

Linux通过slab分配器分配task_struct结构，达到对象复用和缓存着色。

进程标识值：内核通过唯一的PID来标识每个进程。

进程状态：进程描述符中state域描述了进程的当前状态。

TASK_RUNNING（可执行）

TASK_INTERRUPTIBLE（正被阻塞）

TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中断）

_TASK_TRACED（被其他进程跟踪）

_TASK_STOPPED（进程停止执行）

进程家族

所有进程都是PID为1的init进程的后代，内核在系统启动的最后阶段启动init进程

进程创建

1 fork（）通过拷贝当前进程创建一个子进程
2 exec()函数读取可执行文件并将其载入地址空间

线程实现

在linux中，线程仅仅被视作一个与其他进程共享某些资源的进程，它只是一种进程间共享资源的手段

内核线程：独立运行在内核空间中的标准进程

它与普通进程的区别在于，内科线程没有独立的地址空间，只在内核空间运行。可以被调度或者抢占。

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

Linux通过复制父进程来创建一个新进程的过程：

 复制一个PCB——task_struct

err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);

 要给新进程分配一个新的内核堆栈

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

 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。

子进程从系统调用中返回，它在系统调用处理过程中开始执行的位置：

子进程的内核堆栈数据状态和task_struct中thread记录的sp和ip的一致性问题在copy_thread in copy_process进行设定

*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

gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone

总结：关于linux系统创建一个新进程的过程，我认为它主要是通过fork()和exec()共同完成的，其中会涉及task_struct数据结构的很多信息复制移植。Linux的进程实现的优势在于对于线程的设计非常简洁，逻辑上易于处理。