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最新推荐文章于 2024-04-22 16:59:44 发布

原创最新推荐文章于 2024-04-22 16:59:44 发布 · 273 阅读

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本文深入探讨Linux内核中创建新进程的具体流程，重点分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，通过gdb跟踪调试，揭示进程创建背后的机制。

分析Linux内核创建一个新进程的过程

周恺祺+ 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

一、实验要求

阅读理解task_struct数据结构http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235；
分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构；
使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone ，验证您对Linux系统创建一个新进程的理解,推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。
特别关注新进程是从哪里开始执行的？为什么从哪里能顺利执行下去？即执行起点与内核堆栈如何保证一致。
根据本周所学知识分析fork函数对应的系统调用处理过程，撰写一篇署名博客，并在博客文章中注明“真实姓名（与最后申请证书的姓名务必一致） + 原创作品转载请注明出处 + 《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 ”

二、实验步骤及现象

打开实验楼虚拟机实验环境，进入LinuxKernel文件夹，打开menu，修改其中test.c文件。

需要修改的代码如下所示（即加入fork的系统调用函数，并修改主函数）：
这里写图片描述

启动内核，检测fork（）系统调用成果

现象：
输入以下代码用gdb进行跟踪调试系统调用过程

Qemu –kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage –initrd rootfs.img –s –S

gdb  file ../linux-3.18.6/vmlinux
Target remote:1234

这里写图片描述

接下来，可以使用

b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process

等语句进行程序运行的断点设置，并使用 “n”逐条运行，使用“c”持续运行直至下一个断点。以下是几个断点及逐条执行跟踪的举例：
这里写图片描述

由此可见，fork（）函数在这三个地方均已系统调用的方式访问了内核，总体上来说，fork（）函数系统调用过程还是一个相对比较复杂的过程，通过单步调试和设置断点的方式很难一一追踪到，了解其奥妙。而且在设置断点过程中，追踪到 jmp_system_exit之后就追踪不到了

三、实验分析

进程的创建相关（有关内容参考网络）：

Linux中创建进程一共三个函数：
（1）fork：创建子进程
（2）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
（3）clone：主要用于创建线程
注：Linux线程是通过模拟进程实现的，
通过跟踪实验发现，以上fork、vfork、clone均是通过do_fork函数实现的：
（1）调用copy_process，当前进程复制一份出来为子进程，并且为子进程设置相应的上下文信息
（2）初始化vfork 完成处理信息
（3）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
（4）如果是vfork调用，需要阻塞父进程，直到子进程执行exec
注：如果没有vfork，进程的创建过程基本都在copy_process中
通过跟踪以及查阅相关资料可知，Linux中所有的进程都是基于复制的方式，然后对子进程做一些特殊的处理。线程又是一种特殊的进程。
fork()函数创建一个新锦成是通过以下一系列函数实现的
fork() ->system_clone(0 -> do_fork(0 -> dup_task_struct() -> copy_process() -> copy_thread() -> ret_from_fork