Linux内核分析（六）之”父“与”子“

最新推荐文章于 2024-12-15 22:42:48 发布

原创最新推荐文章于 2024-12-15 22:42:48 发布 · 593 阅读

CC 4.0 BY-SA版权

本文详细解析了Linux操作系统中进程创建的过程，从进程控制块PCB的概念出发，介绍了进程的状态及描述方式，并通过具体实验步骤分析了fork系统调用的工作原理。

一、了解PCB
操作系统具有三大功能：进程管理、内存管理以及文件系统。其核心当属进程管理。那么何为进程呢？详情请度娘。如果还是不解，那么按下Ctrl+Alt+Delete进入任务管理器，这下便一目了然。简单来说进程就是在运行的程序。
这里写图片描述
操作系统好比一个城市，进程就像来来往往的人群。我们会用很多的词汇来描述一个人。高的，矮的，胖的，瘦的等等。那么，我们用什么东西来描述一个进程呢？答案是进程控制块PCB—-task struct。进程控制块是一个很庞大的数据结构（详情可点击1234-1664）。
如下图
网络图片
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，但是又存在不同。在PCB中使用state;来描述进程的状态（-1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped ）
这里写图片描述
PCB用来描述相关堆栈的属性

PCB用pid,tgid来区分不同的进程。

所有的进程都通过一个双向链表来链接。

PCB用来描述和当前任务CPU相关的状态

二、生生不息
在第三周的课程中，start_kernel的最后一句是rest_init(),在rest_init()中，创建了1号进程（所有用户态进程祖先）和2号进程（所有内核线程的祖先）
这里写图片描述
用户态通过fork()函数来创建一个新的进程，这看似简单的一个系统调用，实则暗藏玄机。 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。

接着执行copy_process，然后再copy_process中再进行复制PCB操作。
这里写图片描述
在一系复制操作完成后，子进程会进行一些初始化的操作。

三、实验与分析

实验目的：使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone
实验步骤:
    rm menu -rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git

cd menu
mv test_fork.c test.c
make rootfs


qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
gdb调试
gdb
file linux-3.18.6/vmlinux    
target remote:1234
设置断点
b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork

四、总结
创建一个新进程在内核中的执行过程 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，之后子类进行相关初始化。修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等
复制内核堆栈
这里写图片描述

*childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈
p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶
p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址

Linux内核分析

                                    written by
                                     江明星