进程和程序

学号265，原创作品转载请注明出处 + https://github.com/mengning/linuxkernel/

1.task_struct结构体

linux内核中对进程信息的管理存放在task_stuct结构体中，结构体中主要有标识符、状态、优先级、进程相关的指针等关键信息，下面对这些主要内容进行分析。

1.1 进程状态：

volatile long state;

state就是描述进程状态的成员，其可能的取值和对应的状态在sched.h中有具体的定义，总的来说其值<0代表不在运行状态，=0代表正在运行，>0代表停止状态。

1.2 进程标识符：

pid_t pid;  //进程标识符
pid_t tgid;  //线程组标识符

1.3 进程相关指针：

struct task_struct __rcu *real_parent; //父进程指针
struct task_struct __rcu *parent; //父进程指针

struct list_head children;	//子进程链表指针
struct list_head sibling;	//指向父进程的子进程链表的指针
struct task_struct *group_leader;	//指向进程组的首进程

1.4 优先级：

int prio, static_prio, normal_prio;
unsigned int rt_priority;

prio保存动态优先级，static_prio保存静态优先级，normal_prio的值取决于静态优先级和调度策略，rt_priority保存实时优先级。

1.5 调度策略

unsigned int policy;

调度策略在内核中主要有五种，其可能取值的定义在include/uapi/linux/sched.h中。

2.do_fork和进程创建

fork，vfork，clone三者的实现函数都指向了do_fork，区别只是传入的参数不同，do_fork函数声明如下：

long do_fork(unsigned long clone_flags,
	      unsigned long stack_start,
	      unsigned long stack_size,
	      int __user *parent_tidptr,
	      int __user *child_tidptr)

其函数体主要执行流程如下：

• 调用copy_process为子进程复制出一份进程信息；

• 调用wake_up_new_task将子进程加入调度器，为之分配cpu；

在copy_process中创建新的task_struct指针，然后复制当前进程的task_struct，再对其中的一些值进行修改。

3.gdb跟踪fork

首先更新Linuxkernel文件夹中的menu，然后将test_fork.c覆盖test.c，再修改Makefile文件，使得虚拟机运行后先stop，以便使用gdb进行调试。

然后打开新的终端，打开gdb对qemu中的系统程序进行调试，在sys_clone，do_fork，copy_process三个函数设置断点：

然后输入c进行程序跟踪，跟踪过程如下：

可以看到fork确实如上面分析的流程，首先调用系统函数sys_clone，然后sys_clone调用do_fork，do_fork接着调用copy_process。

4.编译和链接

4.1 编译的过程：

编译需要经过预处理、编译、汇编、链接四个过程：

• 预处理：主要处理宏定义、条件编译指令、头文件包含指令，预处理完成的基本上是对源程序的替代工作；

• 编译：将代码转换为汇编代码；

• 汇编：将汇编代码转为机器码，在Linux上一般为ELF目标文件；

• 链接：将生成的目标文件与系统库文件进行链接，最终生成可执行文件。

4.2 链接：

链接分为静态链接、载入时动态链接、运行时动态链接：

• 静态链接：在编译链接阶段就将需要库函数和目标文件合并生成可执行文件，该方法生成的可执行文件实行速度快，但可能会导致可执行文件过大；

• 载入时动态链接：在编译前已知需要调用到哪些库，编译时在目标文件中保留所需的链接信息，程序执行时通过链接信息加载对应代码到程序执行空间中；

• 运行时动态链接：编译前不知道会调用哪些库，当程序运行时需要调用到某些库时，使用特定API来加载所需库。

5.进程调度的时机

进程调度的时机一般为：

• 进程执行结束；

• 当前进程的时间片用完；

• 发生中断、异常；

因此schedule()函数的调用时机一般也应该在这些情况被调用，schedule()函数的功能是选择下一个进程进执行。