作业信息
| 作业课程 | 2020-2021-1Linux内核原理与分析 |
|---|---|
| 作业要求 | 2020-2021-1Linux内核原理与分析第七周作业 |
| 作业目标 | 进程的描述和进程的创建 |
| 作业正文 | 2020-2021-1 20209322《Linux内核原理与分析》第七周作业 |
进程的描述和进程的创建
目录
一、进程的描述
1.1操作系统的三大管理功能以及对应的抽象概念：
- 进程管理
- 内存管理
- 文件系统
1.2Linux进程的状态：
（1）Linux中进程的状态细分可以分为七种：
- R运行状态（runing）：并不意味着进程一定在运行中，也可以在运行队列里；
- S睡眠状态（sleeping）：进程在等待事件完成；（浅度睡眠，可以被唤醒）
- D磁盘睡眠状态（Disk sleep）:不可中断睡眠（深度睡眠，不可以被唤醒，通常在磁盘写入时发生）
- T停止状态（stopped）：可以通过发送SIGSTOP信号给进程来停止进程，可以发送SIGCONT信号让进程继续运行
- X死亡状态（dead）:该状态是返回状态，在任务列表中看不到；
- Z僵尸状态（zombie）:子进程退出，父进程还在运行，但是父进程没有读到子进程的退出状态，子进程进入僵尸状态；
- T追踪停止状态（trancing stop）
（2）在linux下，进程三种主要状态：
- 就绪态
- 运行态
- 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。
进程状态的转换如下图：
二、进程的创建
2.1 Linux中创建进程一共有三个函数：
- fork，创建子进程。
- vfork，与fork类似，但是父子进程共享地址空间，而且子进程先于父进程运行。
- clone，主要用于创建线程。
Linux中所有的进程创建都是基于复制的方式，Linux通过复制父进程来创建一个新进程,通过调用do_ fork来实现。然后对子进程做一些特殊的处理。而Linux中的线程，又是一种特殊的进程。根据代码的分析，do_ fork中，copy_ process管子进程运行的准备，wake_ up_ new_ task作为子进程forking的完成。
2.2 do_fork处理内容：
- 调用copy_process，复制父进程信息
- 获得pid
- 调用wake_up_new_task，将子进程放入调度器队列等待获得分配CPU资源
2.3copy_process函数作用
- 调用dup_task_struct复制当前父进程描述符task_struct
- 信息检查
- 初始化
- 将进程状态设为就绪态
- 逐一复制其他进程资源
- 调用copy_thread初始化子进程内核栈
- 设置子进程pid
2.4dup_task_struct作用
- 为子进程分配存储空间
- 复制父进程描述符task_struct
- 对子进程thread_info结构初始化
三、实验
3.1.更新代码
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。
cd LinuxKernel
rm -rf menu
git clone http://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_fork.c test.c
3.2连接gdb调试
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -S -s
使用水平分割，开启新的shell窗口，启动gdb，
file linux-3.18.6/vmlinux
target remote:1234
3.3设置断点
b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork
3.4调试
继续运行内核程序，在代码行中输入c，会找到设置的第一个断点do_fork。
继续调试，找到copy_process() 函数
继续执行，到断点copy_thread（）函数
四、总结
本次实验，了解了进程的创建过程，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，一一复制其他进程资源（采用写时复制技术），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。