Linux内核do_fork()分析

最新推荐文章于 2023-03-27 16:01:21 发布

qq_43313035

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分类专栏： linux

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_43313035/article/details/90445208

本文深入剖析Linux内核的进程创建，主要围绕系统调用fork()的实现。文章详细介绍了do_fork()函数的执行过程，包括copy_process()中的dup_task_struct()、copy_mm()和copy_thread()等关键步骤，讨论了子进程与父进程的资源复制和共享策略，以及特殊情况下唤醒子进程的处理。

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进程的创建：系统调用fork(),vfork()和clone()

任何进程都是由其他进程创建的。操作系统通过系统调用fork(),vfork()和clone()函数来完成进程的创建。

这三个系统调用最终都调用了内核函数do_fork()
这三个函数的唯一区别在于随后调用do_fork(0时设置的标志不同。

fork函数的执行过程

fork函数的执行过程：普通程序调用fork()–>库函数fork()–>系统调用(fork功能号)–>由功能号在 sys_call_table[]中寻到sys_fork()函数地址–>调用sys_fork()，这就完成了从用户态到内核态的变化过程。所以，实际上，fork函数对应的实现就是sys_fork。

下面我们具体来看一下内核中sys_fork的实现

asmlinkage int sys_fork(struct pt_regs regs)
{
   
   
	return do_fork(SIGCHLD, regs.esp, &regs, 0, NULL, NULL);
}

可以看到sys_fork()实际是调用了do_fork()这个函数。真正的fork实现就在do_fork()这个函数中。

do_fork()实现过程

首先为子进程申请一个pid

通过查找pidmap_array位图来获取pid

long pid = alloc_pidmap();

检查父进程是否允许被跟踪

if (unlikely(current->ptrace)) {
   
   
		trace = fork_traceflag (clone_flags);
		if (trace)
			clone_flags |= CLONE_PTRACE;
	}

追踪功能在处理进程的函数中普遍使用。在这里我们介绍ptrace功能。
为了确定子进程是否被跟踪，fork_traceflag()必须检查clone_flags的值。

子进程会被跟踪的条件：

如果在clone_flags中设置了CLONE_VFORK标志，并且SIGCHLD信号没有被父进程捕获
如果当前进程也设置了PT_TRACE_FORK标志，那么子进程就会被跟踪。
创建新进程并复制寄存器的值

p = copy_process(clone_flags, stack_start, regs, stack_size, parent_tidptr, child_tidptr, pid);

这是创建进程的关键步骤，稍后会详细讨论相关细节

检查do_fork()是否被vfork()所调用

if (!IS_ERR(p)) {
   
   
		struct completion vfork;

		if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
   
   
			p->vfork_done = &vfork;
			init_completion(&vfork);
		}

		/*
		 * 如果父进程被跟踪或克隆操作被设置成CLONE_STOPPED标志
		 * 那么子进程在启动时将会收到一个SIGSTOP信号
		 * 这样子子进程就是以暂停状态启动的
		 */
		if ((p->ptrace & PT_PTRACED) || (clone_flags & CLONE_STOPPED)) {
   
   
			/*
			 * We'll start up with an immediate SIGSTOP.
			 */
			sigaddset(&p->pending.signal, SIGSTOP);
			set_tsk_thread_flag<