2019-2020-1 20199318《Linux内核原理与分析》第七周作业

第6章 进程的描述和进程的创建

一、学习笔记

1.进程描述符task_struct数据结构

Linux内核中的进程是非常复杂的，在操作系统原理中，我们通过进程控制块PCB描述进程。为了管理进程，内核要描述进程的结构，再Linux内核中用一个数据结构struct task_struct来描述进程。

• struct task_struct数据结构很庞大。

• Linux进程的状态与操作系统原理中的描述的进程状态似乎有所不同，比如就绪状态和运行状态都是TASK_RUNNING。

• 程序创建的进程具有父子关系，在编程时往往需要引用这样的父子关系。进程描述符中有几个域用来表示这样的关系

• Linux内核状态转换图
  

• task_struct数据结构
  

2.进程的创建

• fork一个子进程的代码：

   #include <stdio.h>
   #include <stdlib.h>
   #include <unistd.h>
   int main(int argc, char * argv[])
   {
       int pid;
       /* fork another process */
       pid = fork();
       if (pid < 0)   //出错处理
       { 
           /* error occurred */
           fprintf(stderr,"Fork Failed!");
           exit(-1);
       } 
       else if (pid == 0) 
       {
           /* child process */  子进程   pid=0时 if和else都会执行  fork系统调用在父进程和子进程各返回一次
           printf("This is Child Process!
  ");
       } 
       else 
       {  
           /* parent process  */
           printf("This is Parent Process!
  ");
           /* parent will wait for the child to complete*/
           wait(NULL);
           printf("Child Complete!
  ");
       }
   }
  

• fork、vfork和clone三个系统调用都可以创建一个新进程，而且都是通过调用do_fork来实现进程的创建。

• Linux通过复制父进程来创建一个新进程，那么这就给我们理解这一个过程提供一个想象的框架。

3.理解一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构

fork、vfork和clone三个系统调用都可以创建一个新进程，而且都是通过调用do_fork来实现进程的创建，do_fork完成了创建中的大部分工作，该函数调用copy_process（）函数，然后让进程开始运行。copy_process函数工作如下:

• 调用dup_task_struct()为新进程创建一个内核栈、thread_info结构和task_struct，这些值与当前进程的值相同

• 检查

• 子进程着手使自己与父进程区别开来。进程描述符内的许多成员被清0或设为初始值。

• 子进程状态被设为TASK_UNINTERRUPTIBLE，以保证它不会投入运行
  -copy_process调用copy_flags()以更新task_struct的flags成员。表明进程是否拥有超级用户权限的PF_SUPERPRIV标志被清0。表明进程还没有调用exec函数的PF_FORKNOEXEC标志被设置

• 调用alloc_pid()为新进程分配一个有效的PID

• 根据传递给clone的参数标志，copy_process()拷贝或共享打开的文件、文件系统信息、信号处理函数、进程地址空间和命名空间等

• 最后，copy_process做扫尾工作并返回一个指向子进程的指针

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二、试验记录

1.使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone

①更新menu代码到最新版

②在qemu中用Help查看新添加的fork命令

③进入gdb调试

④使用gdb跟踪调试内核，在一些重要函数处设置断点

执行一个fork会发现只输出一个fork的命令描述，后面并没有执行，因为它停在了sys_clone这个位置

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总结

1. 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。
2. Linux为每个新创建的进程动态地分配一个task_struct结构。
3. 为了把内核中的所有进程组织起来，Linux提供了几种组织方式，其中哈希表和双向循环链表方式是针对系统中的所有进程（包括内核线程），而运行队列和等待队列是把处于同一状态的进程组织起来。
4. fork()函数被调用一次，但返回两次。

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