2019-2020-1 20199310《Linux内核原理与分析》第七周作业

1.问题描述

在前面的文章中，学习了系统调用system_call的处理过程，在MenuOS中运行getpid命令，通过gdb跟踪调用time函数的过程，并分析system_call代码对应的工作过程，本文将对Linux系统如何创建一个新进程进行追踪。

2.解决过程

2.1 进程的描述

操作系统内核实现操作系统的三大管理功能：进程管理，内核管理和文件系统，其中最核心的功能是进程管理。
在操作系统原理中，我们通过进程控制块PCB描述进程，通常采用一个数据结构struct task_struct来描述进程，其中比较常见的属性如state是进程状态，常见状态有就绪态，运行态和阻塞态，其运行过程如图所示：

2.2 gdb跟踪调用fork函数的过程

先对实验楼环境进行修改，删除menu，在github上克隆一份新的，并且把test.c覆盖，在menu下执行make rootfs，编译运行结果如下所示：


退出menu目录，在LinuxKernel目录下执行

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

然后横屏打开另一个终端,进行gdb追踪

file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234

然后对sys_clone，do_fork，dup_task_struct，copy_process，copy_thread和ret_from_fork设置断点：

在gdb中continue执行到第一个断点SyS_clone处;

执行至第2个断点do_fork创建新进程：


单步执行调试，会停留在第4个断点copy_pocess：

单步执行调试，会停留在第3个断点，在copy_process中调用dup_task_struct：

继续执行调试，会停留在第5个断点copy_thread和第6个断点ret_from_fork上，父进程显示：

单步跟踪，选中刚才创建的子进程的PCB，设置的ip进入ret_from_fork函数调度子进程语句，再重置标志寄存器eflags为0x0202，再跳转至syscall_exit退出：


最终子进程显示结果：

3.总结

本文主要学习了Linux内核系统创建新子进程，并通过gdb和代码分析了调用过程。一般情况下，调用系统调用需在当前内核linux-3.18.6/arch/x86/syscalls/syscall_32.tbl中查找调用号，库函数sys_fork是用户态创建子进程的系统调用，此外可能会使用到sys_vfork sys_clone系统调用，但是这三个系统调用都会调用do_fork函数，本文中使用了sys_clone。do_fork会调用copy_process来复制父进程的资源给子进程。在copy_process中有各种函数来进行复制初始化工作。完成各项工作之后会执行ret_from_fork，这是子进程的起点，运行，子进程可以执行并显示在终端中。总结来讲，进程的创建过程大致是赋值进程描述符，复制其他进程资源，分配子进程的内核堆栈并对内核堆栈关键信息进行初始化。