来谈谈Linux中的task_struct结构体

在介绍task_struct，我们要先来看几个概念

一：进程的概念

      1. 从用户角度来看：进程是程序的一次动态执行过程

      2.从内核角度看：

                              

  3.那PCB结构中的数据有哪些呢

                                             

4.在进程执行的任意时刻，都可由如下元素来表征

• 标识符：与进程相关的唯一标识符，用来区别正在执行的进程和其他进程。
• 状态：描述进程的状态，因为进程有挂起，阻塞，运行等好几个状态，所以都有个标识符来记录进程的执行状态。
• 优先级：如果有好几个进程正在执行，就涉及到进程被执行的先后顺序的问题，这和进程优先级这个标识符有关。
• 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
• 内存指针：程序代码和进程相关数据的指针。
• 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。
• I / O状态信息：包括显示的I / O请求，分配给进程的I / O设备和被进程使用的文件列表等。
• 记账信息：包括处理器的时间总和，记账号等等   

5.进程标识符

6.进程创建的一般过程

二：进程模型

1.两状态模型

在任何时刻，一个进程要么正在执行，要么未执行，因而可以构建最简单的模型

2.五状态模型

（1）运行态：进程正在执行。

（2）就绪态：进程做好了准备，只要有机会就开始执行。

（3）阻塞态：进程在某些事情发生前不能执行

（4）新建态：刚刚创建的进程

（5）退出态：操作系统从可执行进程组中释放出的进程

3.经典Linux七态

三.task_struct的源码成员解析

task_struct头文件sched.h链接https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/include/linux/sched.h

(1)进程状态

/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */

volatile longstate;

上面这个变量就是描述进程状态的成员，结合Ç语言我们学到的知识挥发性关键字是降低编译器对代码的优化，是状态变量一直从变量的内存中读取内容而不是寄存器;从而保证对操作系统状态实时访问的稳定性。

（2）成员的可能取值如下

/*
 * Task state bitmask. NOTE! These bits are also
 * encoded in fs/proc/array.c: get_task_state().
 *
 * We have two separate sets of flags: task->state
 * is about runnability, while task->exit_state are
 * about the task exiting. Confusing, but this way
 * modifying one set can't modify the other one by
 * mistake.
 */

/* Used in tsk->state: */
#define TASK_RUNNING			0x0000
#define TASK_INTERRUPTIBLE		0x0001
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE		0x0002
#define __TASK_STOPPED			0x0004
#define __TASK_TRACED			0x0008
/* Used in tsk->exit_state: */
#define EXIT_DEAD			0x0010
#define EXIT_ZOMBIE			0x0020
#define EXIT_TRACE			(EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)
/* Used in tsk->state again: */
#define TASK_PARKED			0x0040
#define TASK_DEAD			0x0080
#define TASK_WAKEKILL			0x0100
#define TASK_WAKING			0x0200
#define TASK_NOLOAD			0x0400
#define TASK_NEW			0x0800
#define TASK_STATE_MAX			0x1000

我们可以看到变量定义后面的注释，它说明变量内容<0是不运行的，=0是运行状态，>0是停止状态。

（3）

状态	描述
TASK_RUNNING	表示进程正在执行或者处于准备执行的状态
TASK_INTERRUPTIBLE	进程因为等待某些条件处于阻塞（挂起的状态），一旦等待的条件成立，进程便会从该状态转化成就绪状态
TASK_UNINTERRUPTIBLE	意思与TASK_INTERRUPTIBLE类似，但是我们传递任意信号等不能唤醒他们，只有它所等待的资源可用的时候，他才会被唤醒。
TASK_STOPPED	进程被停止执行
TASK_TRACED	进程被debugger等进程所监视。
EXIT_ZOMBIE	进程的执行被终止，但是其父进程还没有使用wait()等系统调用来获知它的终止信息，此时进程成为僵尸进程
EXIT_DEAD	进程被杀死，即进程的最终状态。
TASK_KILLABLE	当进程处于这种可以终止的新睡眠状态中，它的运行原理类似于 TASK_UNINTERRUPTIBLE，只不过可以响应致命信号

（4）进程标识符

pid_t pid;//进程的标识符

pid_t tgid;//线程组标识符//进程标识符就不用解释了，它的引入是为了区别每个进程；

tgid的引入是由于Unix程序员希望同一组线程具有相同的pid所以就引入了tgid.

（5）进程标记符

    unsignedint flags; /* per process flags, defined below */

flags反应进程的状态信息，用于内核识别当前进程的状态。

取值范围如下：

/*
 * Per process flags
 */
#define PF_IDLE			0x00000002	/* I am an IDLE thread */
#define PF_EXITING		0x00000004	/* Getting shut down */
#define PF_EXITPIDONE		0x00000008	/* PI exit done on shut down */
#define PF_VCPU			0x00000010	/* I'm a virtual CPU */
#define PF_WQ_WORKER		0x00000020	/* I'm a workqueue worker */
#define PF_FORKNOEXEC		0x00000040	/* Forked but didn't exec */
#define PF_MCE_PROCESS		0x00000080      /* Process policy on mce errors */
#define PF_SUPERPRIV		0x00000100	/* Used super-user privileges */
#define PF_DUMPCORE		0x00000200	/* Dumped core */
#define PF_SIGNALED		0x00000400	/* Killed by a signal */
#define PF_MEMALLOC		0x00000800	/* Allocating memory */
#define PF_NPROC_EXCEEDED	0x00001000	/* set_user() noticed that RLIMIT_NPROC was exceeded */
#define PF_USED_MATH		0x00002000	/* If unset the fpu must be initialized before use */
#define PF_USED_ASYNC		0x00004000	/* Used async_schedule*(), used by module init */
#define PF_NOFREEZE		0x00008000	/* This thread should not be frozen */
#define PF_FROZEN		0x00010000	/* Frozen for system suspend */
#define PF_KSWAPD		0x00020000	/* I am kswapd */
#define PF_MEMALLOC_NOFS	0x00040000	/* All allocation requests will inherit GFP_NOFS */
#define PF_MEMALLOC_NOIO	0x00080000	/* All allocation requests will inherit GFP_NOIO */
#define PF_LESS_THROTTLE	0x00100000	/* Throttle me less: I clean memory */
#define PF_KTHREAD		0x00200000	/* I am a kernel thread */
#define PF_RANDOMIZE		0x00400000	/* Randomize virtual address space */
#define PF_SWAPWRITE		0x00800000	/* Allowed to write to swap */
#define PF_NO_SETAFFINITY	0x04000000	/* Userland is not allowed to meddle with cpus_allowed */
#define PF_MCE_EARLY		0x08000000      /* Early kill for mce process policy */
#define PF_MUTEX_TESTER		0x20000000	/* Thread belongs to the rt mutex tester */
#define PF_FREEZER_SKIP		0x40000000	/* Freezer should not count it as freezable */
#define PF_SUSPEND_TASK		0x80000000      /* This thread called freeze_processes() and should not be frozen */

常用状态

状态	描述
PF_FORKNOEXEC	表示进程刚被创建，但还没有执行
PF_SUPERPRIV	表示进程拥有超级用户特权
PF_SIGNALED	表示进程被信号杀出
PF_EXITING	表示进程开始关闭

（6）表示进程亲属关系的成员

/*

* pointers to (original) parent process, youngest child, younger sibling,

* older sibling, respectively. (p->father can be replaced with

* p->real_parent->pid)

*/

struct task_struct __rcu *real_parent; /* real parent process */

struct task_struct __rcu *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */

/*

* children/sibling forms the list of my natural children

*/

struct list_head children; /* list of my children */

成员	描述
real_parent	指向当前操作系统执行进程的父进程，如果父进程不存在，指向pid为1的init进程
paren	指向当前进程的父进程，当当前进程终止时，需要向它发送wait4()的信号
children	位于链表的头部，链表的所有元素都是children的子进程
group_leader	指向进程组的领头进程

（7）ptrace系统调用

Ptrace提供了一种父进程，它可以被用来控制子进程的运行，常被用来进行断点调试，当它被设置为0时表示不需要追踪。

（8）进程调度

优先级

int prio, static_prio, normal_prio;
unsigned int rt_priority；

成员	描述
static_prio	用来保存静态优先级，可以调用nice系统直接来修改取值范围为100~139
rt_priority	用来保存实时优先级,取值范围为0~99
prio	用来保存动态优先级
normal_prio	它的值取决于静态优先级和调度策略

实时优先级和静态优先级的取值范围中，值越大，优先级越高

（9）进程地址空间

成员	描述
mm	进程所拥有的内存空间描述符，对于内核线程的mm为NULL
active_mm	指进程运行时所使用的进程描述符
rss_stat	被用来记录缓冲信息