2019-2020-1 20199307《Linux内核原理与分析》第七周作业

进程的描述和进程的创建

知识点总结

进程的描述

1.操作系统三大功能：进程管理、内存管理、文件系统

2.在操作系统下，对一个进程管理，使用结构体来表示一个进程叫做PCB（process control block进程控制块）。在linux下定义结构体task_struct来表示一个进程，或被成为任务结构体。

3.Linux进程的状态
在代码运行运行过程中，进程的可分为不同的状态，在linux下，进程分为三种主要状态状态：就绪态、运行态和阻塞状态。每种状态将会依据外部条件不断的切换。 刚开始创建的进程叫做就绪态，叫做task_running 当被调用之后，开始运行叫做运行态，也叫做task_running 这两个状态都用了task_runing同一个标志，可理解为可运行状态，是否运行要看时间片等信息。 如果进程终止后进入僵尸状态，最终被回收。 如果等待某件事情将进入阻塞状态。如果被唤醒重新进入就绪态。

进程的创建

进程的父子、兄弟关系示意图：

创建进程的系统调用有3个，它们首先在进入核心态运行后就各司其职，各自调用自己的内核函数sys_fork、sys_clone、sys_vfork进行处理。这三个函数最终都是调用do_fork函数进行创建子进程的工作，只不过使用的参数有所不同。

创建过程如下：
1.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。
2.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。
3.从ret_from_fork开始执行新进程。

通过实验跟踪分析进程创建的过程

1.删除之前的menu，再通过git克隆一份新的，使用mv把test.c覆盖掉，然后执行 make roofts

    -rm -rf menu
    -git clone http://github.com/mengning/menu.git

2.编译运行出来使用help可以看到列表中增加了fork。

    -make rootfs
    -MenuOS>>help

3.使用水平分割，再开启一个shell窗口，启动gdb，把内核加载进来，连接到target remote 1234

    -(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux
    -(gdb)target remote:1234

4.使用b在sys_clone、do_fork、dup_task_struct、copy_process、copy_thread、ret_from_fork处各设置断点。

    -(gdb)b sys_clone
    -(gdb)b do_fork
    -(gdb)b dup_task_struct
    -(gdb)b copy_process
    -(gdb)b copy_thread
    -(gdb)b ret_from_fork

5.使用c继续执行，停到了 do_fork 位置，然后使用命令n

    -(gdb)c
    -(gdb)n

6.到 copy_process() 函数。继续执行

7.使用c继续执行，到断点copy_thread

总结

本实验中，我了解到Linux是通过复制父进程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。在这个过程中fork()函数被调用一次，但是返回了两次。