《Linux内核设计与实现》读书笔记 3

第三章 进程管理

3.1进程

概念：

　　进程：处于执行期的程序。但不仅局限于程序，还包含其他资源（打开的文件，挂起的信号，内核内部数据，处理器状态，一个或多个具有内催音社的内存地址空间及一个或多个执行线程，存放全局变量的数据段等）

　　内核需要有效又透明地管理所有细节。

　　线程：执行线程的简称，是在进程中活动的对象。每个线程有一个独立的程序计数器、进程栈和一组进程寄存器。内核调度的对象是线程而不是进程。

         进程提供两种虚拟机制：虚拟处理器和虚拟内存。

　　线程之间可以共享虚拟内存，但每个都拥有各自的虚拟存储器。

　　进程创建：调用fork（），该系统调用通过复制当前进程创建新进程。使用fork（）的是父进程。在调用结束时，在返回点这个相同位置，父进程恢复，子进程开始执行。

3.2进程描述符及任务结构

      内核把进程的列表存放在叫做任务队列的双向循环链表中。链表中的每一项都是task_struct类型，称为进程描述符的结构。

      该结构内包含了内核管理一个进程所需的所有信息。

　　分配进程描述符：通过slab分配器分配，为了对象复用和缓存着色。

　　进程描述符的存放：进程通过一个唯一的进程标识值（process identification value）标识每个进程。PID最大默认32768，，就是系统中允许同时存在的进程最大数目。

　　进程状态：进程描述符中的state域描述了进程的当前状态，有五种状态：运行、可中断、不可中断、被跟踪、停止。

　　设置当前进程状态：调整状态使用set_task_state(task,state)函数。

　　进程家族树：系统进程有明显的继承关系。所有进程都是init的后代。每个进程都有父进程，相同父进程的成为兄弟。

3.3进程创建

Fork()和exec()：

　　Fork()通过拷贝当前进程创建一个子进程。Exec（）函数负责都去可执行文件，并将其载入地址空间开始运行。

　　写时拷贝：fork（）复制所有资源是效率低下的，因此采用写时拷贝，推迟甚至免除拷贝数据。只有需要写入的时候，数据才被复制。

　　Fork（）：通过clone（）系统调用实现fork（）。do_fork()调用copy_proceess()函数

　　　　调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈、thread_info结构和task_stuct结构。这些与当前进程相同,PID也相同。

　　　　检查创建子进程后，用户多有进程书目没有超出它分配的资源的限制。

　　　　进程描述符的许多成员都要清零或设为默认，以和父进程区分开。

　　　　子进程状态被设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE，确保不会被投入运行。

　　　　调用alloc_pid()为新进程分配一个有效ID

　　　　Copy_process()做扫尾工作，返回一个指向子进程的指针。

　　Vfork（）：与fork（）的区别就是不考贝父进程页表项。

3.4线程在Linux中的实现

         从内核角度说，Linxu没有线程概念。所有线程都被当作进程

         创建进程：和创建普通进程差不多，只是在调用clone（）时需要传递一些参数标志。

         内核线程：kernel thread和普通进程的区别在于内核线程没有独立地址空间。只在内核空间运行。

3.5进程终结

         当一个进程终结，内核必须释放所占有的资源，并告知父进程。

　　靠do_exit()实现：

　　　　将tast_struct中的标志成员设置为PF_EXITING

　　　　调用del_timer_sync()删除任一内核定时器

　　　　调用acct_update_integrals()输出记账信息

　　　　调用exit_mm()释放进程占用的mm_struct。

　　　　调用sem_exit()若进程排队等候IPC，则离开

　　　　调用exit_files()和exit_fs()分别递减文件描述符和文件系统数据的应用计数。

　　　　调用exit_notify()向父进程发送信号，给子进程找养父。

　　　　do_exit调用schedukle(0切换到新进程。

小结：

　　本节，我们学到了操作系统的核心概念——进程。

　　Linux如何存放和表示进程——用task_struct和thread_info

　　创建进程——通过fork（），实际上是clone（）

　　把新的执行映像装到地址空间——通过exec（）系统调用族

　　表示进程的层次关系，父进程如何收集其后代信息——通过wait（）系统调用族

　　进程如何消亡——强制或自愿调用exit（）