Linux 基础
实验六
| 作业所属课程 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析> |
|---|---|
| 作业要求 | <2020-2021-1Linux内核原理与分析第一周作业> |
| 作业目标 | 分析Linux内核创建一个新进程的过程 |
| 作业正文 | 2020-2021-1 20209308《Linux内核原理与分析》第七周作业 |
一.实验过程
1更新内核
1.1下载新版本menu
cd LinuxKernel/ //进入LinuxKernel文件夹
rm -rf menu //将menu目录删除
git clone http://github.com/mengning/menu.git //克隆下载更新了版本之后的menu目录
cd menu
mv test_fork.c test.c
1.2进入menu文件夹，进入MenuOS
cd menu/ //进入menu文件夹
make rootfs //进入MenuOS
MenuOS>>help //并使用help命令查看现有的命令
2.gdb调用
cd LinuxKernel //返回LinuxKernel目录
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S //启动内核
启动内核，建立连接后在sys_clone、do_fork、dup_task_struct、copy_process、copy_thread、ret_from_fork处各设置断点。
(gdb)file linux-3.18.6/vmlinux
(gdb)target remote:1234 //建立连接
(gdb)b sys_clone
(gdb)b do_fork
(gdb)b dup_task_struct
(gdb)b copy_process
(gdb)b copy_thread
(gdb)b ret_from_fork
copy_process断点
copy_thread断点
二.分析进程的描述与创建
2.1进程描述
进程就是运行起来的程序，程序运行起来需要被加载到内存中。进程就是操作系统的描述，这个描述叫PCB（进程控制块），Linux下PCB有自己的名字叫task_struct.而操作系统就是
使用task_struct结构体描述进程，使用双向链表来将这些结构体组织起来进行管理。
-linux中主要三种状态
- 就绪态
- 运行态
- 阻塞状态
三种状态根据条件不断切换。 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。
2.2进程创建
-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。
2.2.1do_fork
调用copy_process，将当期进程复制一份出来为子进程，并且为子进程设置相应地上下文信息。
在vfork调用时，初始化vfork的完成处理信息
调用wake_up_new_task，将子进程放入调度器的队列中，此时的子进程就可以被调度进程选中，得以运行。
如果是vfork调用，需要阻塞父进程，直到子进程执行exec。
2.2.2copy_process
检查各种标志位
调用dup_task_struct复制一份task_struct结构体，作为子进程的进程描述符。
检查进程的数量限制。
初始化定时器、信号和自旋锁。
初始化与调度有关的数据结构，调用了sched_fork，这里将子进程的state设置为TASK_RUNNING。
复制所有的进程信息，包括fs、信号处理函数、信号、内存空间（包括写时复制）等。
调用copy_thread，这又是关键的一步，这里设置了子进程的堆栈信息。
为子进程分配一个pid
设置子进程与其他进程的关系，以及pid、tgid等。这里主要是对线程做一些区分。
在copy_process中，copy_thread函数为子进程准备了上下文堆栈信息
2.2.3copy_thread
获取子进程寄存器信息的存放位置
对子进程的thread.sp赋值，将来子进程运行，这就是子进程的esp寄存器的值。
如果是创建内核线程，那么它的运行位置是ret_from_kernel_thread，将这段代码的地址赋给thread.ip，之后准备其他寄存器信息，退出
将父进程的寄存器信息复制给子进程。
将子进程的eax寄存器值设置为0，所以fork调用在子进程中的返回值为0.
子进程从ret_from_fork开始执行，所以它的地址赋给thread.ip，也就是将来的eip寄存器。
总结
新的进程通过克隆旧的程序（当前进程）而建立。
fork() 和 clone()（对于线程）系统调用可用来建立新的进程。
这两个系统调用结束时，内核在系统的物理内存中为新的进程分配新的 task_struct 结构，同时为新进程要使用的堆栈分配物理页。