Linux内核之进程和系统调用

一.fork和execl

　　我们先尝试编写创建两个程序，来理解Linux创建新进程的过程：

#include <sys/systypes.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
    if (fork() == 0) {
        print("Child process!\n");
    } else {
        print("Parent process!\n");
    }
    return 0;
}

　　运行结果为：

Child process!
Parent process!

　　代码二

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    execl("./hello_world", NULL, NULL);
    printf("execl failed!");
    return 0;
}

　　运行结果

Hello World!

　　通过上面的对比，可以看错：fork实际上是复制了一个“自己”，在fork之后有两个自己在运行。子进程和父进程是依靠fork的返回值是否为0来决定执行流。返回值为0则是子进程。返回值不是0则是父进程。

　　execl则是将执行的内容完全替换掉。在execl之后，执行的完全是一个新的进程。就进程不复存在。

　　可以将fork看作是复制，而execl则是替换。

　　linux就是这样创建进程的：fork一个进程，在用execl加载新的执行程序，替换新建的进程的执行内容。比如ls:bash通过fork一个新的bash，再execl("ls")来创建一个ls进程。

二.系统调用的过程

　　想要详细定位fork和execl在内核中的实现需要了解linux系统调用的处理流程。我们以fork为例子。我们可以通过下面的代码调用fork:

#include <memory.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int  main()
{
    pid_t pid;

    // pid = fork();
    asm volatile(
        "mov $0x2, %%eax\n\t" // 将fork的系统调用号2存到eax寄存器  
        "int $0x80\n\t"       // 产生int 0x80中断
        "mov %%eax,%0\n\t"    // 将结果存入pid中
        : "=m" (pid) 
    );
    
    if (pid == 0) {
        printf("Child process\n");
    } else if (pid > 0) {
        printf("Parent process\n");
    }

    return 0;
}

　　这样就能通过内核调用fork了。可以看到我们是通过int 0x80这条指令实现的。实际上，这是一个中断。我们通过128号中断调用内核的中断服务例程，调用fork的。

　　在系统调用的过程中，我们需要记住两张表。

　　一、中断向量表：在内核启动时初始化，然后当有中断发生时，内核就会根据中断向量号(如：0x80)，查找对应的中断处理服务程序。

　　二、系统调用表：在编译内核时就已经卸载内核中，系统调用处理程序会根据系统调用号处理对应的系统调用程序。

　　

　　例如，上图的getpid函数，然后进入getuid系统调用。getuid进入system_call系统中断服务例程，system_call再去调用sys_getuid16运行服务例程。

三. 查找对应的内核服务例程

　　通过上面的理解，我们就可以很快的使用source insight来查找fork和execl对应的内核服务例程了。

　　fork对应的是：kernel/fork.c中的sys_fork函数

　　execl对应的是：fs/exec.c中的sys_execl函数。

　　这些函数太过复杂，需要非常好的基础才能看懂。我目前基础不够，只能结合《深入理解linux内核》中的进程和文件系统两章做一点简单的理解。这里就无法再做分析了。只对理解的部分做出一点总结。