Linux内核设计与实现 第3章 进程管理

进程描述符及任务结构

内核把进程的列表存放在任务队列task list中，是双向循环链表，链表的每一项是task_struct结构，称为进程描述符。task_struct在32位机器上越占1.7KB。
访问进程描述符是一个重要且频繁的操作。

slab分配task_struct，修改pid_max

task_struct由slab分配器动态分配，thread_info结构包含指向task_struct的一个指针域task。每个任务的thread_info结构在它的内核栈的尾端分配。
实际上在内核大部分处理进程的代码都是直接通过task_struct进行。
PID最大默认值为32768，short int型，可以通过/proc/sys/kernel/pid_max修改。

current宏

current宏，是一个全局指针，指向当前进程的struct task_struct结构体，即表示当前进程。硬件体系结构不同其实现方式不同：x86在内核栈的尾端创建thread_info结构，通过计算偏移查找task_struct；PowerPC有专用的寄存器用于保存task_struct的指针。

进程上下文

当一个程序执行了系统调用或者触发了某个异常，它就陷入了内核空间。此时内核 “代表进程执行” 并处于进程上下文中，在此上下文中current宏有效，如果在此间隙没有更高优先级进程执行，那么内核退出后，程序会继续在用户空间执行。
对内核的所有访问都必须通过接口（系统调用和异常处理程序）。

进程上文
进程上下文中（当程序系统调用或触发异常时）[内核空间]
进程下文

进程家族

进程之间存在继承关系，所有进程都是PID为1的init进程的后代。

init进程的进程描述符是init_task静态分配。内核中init_task变量就是是进程0使用的进程描述符，也是Linux系统中第一个进程描述符，init_task并不是系统通过fork、kernel_thread的方式，而是由内核黑客静态创建的。

内核在系统启动的最后阶段启动init进程，然后由init进程读取系统的初始化脚本initscrip并执行其他相关程序，完成系统启动的整个过程。

进程创建

其他操作系统提供产生进程的机制spawn，首先在新的地址空间创建进程，再读入可执行文件，最后执行。
在linux中，通过两步fork()和exec()实现：
fork拷贝当前进程创建子进程，子父进程区别在于pid、ppid、某些资源、统计量。

写时拷贝copy on write

父子进程共享一个拷贝，资源的复制只有在写时才进行，在此之前是只读方式共享。
fork的实际开销是复制父进程的页表 和 给子进程创建进程描述符task_struct。
fork()
 clone()
  do_fork()

线程在Linux中的实现

线程机制，提供在同一程序内共享内存地址空间运行，还可以共享打开的文件和其他资源。支持并发程序设计技术(concurrent programming)，再多处理器上支持真正并行(parallelism)。
在Linux中，从内核的角度看并没有线程这个概念，把所有的线程都当进程实现。线程被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。

线程创建

与进程创建类似，只是在调用clone()时需要传递一些参数标志指明需要共享的资源。在<linux/sched.h>中定义。

内核线程

内核线程是：独立运行在内核空间的标准进程。
与普通进程的不同，是没有独立的地址空间（指向地址空间的mm指针被设置为NULL）。
内核线程只能由其他内核线程创建。所有新的内核线程由kthreadd内核进程衍生出。
创建内核线程：kthread_create(创建)、kthread_run(创建并运行)
退出：do_exit()(自己退出)、kthread_stop(task_struct)(内核其他部分调用退出)

进程终结

内核必须释放进程所占用的资源 并 告知其父进程。
进程显示或者隐式调用exit()系统调用结束进程。
exit()
   do_exit()
do_exit()结束后进程的描述符还保留着。进程结束所需的清理工作 和 删除描述符是分开的两个工作。

孤儿进程

父进程已经退出。
父进程退出，子进程会在当前进程组找一个新的父，如果不行就把init作为其父进程。
exit()
   do_exit()
    exit_notify()
      forget_original_parent()
      find_new_reaper()