一. 进程
程序:完成特定任务的一系列指令的集合
进程:一段程序的执行过程。
1) 进程不仅包含程序代码,还包含它所占用的资源:open files,pending signals,kernel data,process state,memory 和 data section等。
2) 每一个进程都有自己独立的地址空间和执行状态。
3) 进程是资源分配的最小单位。
线程:进程中的一个执行流。
1) 线程是CPU调度的最小单位。
2) 每一个线程包含独立的程序计数器,进程栈,一组寄存器。线程组中的所有线程与进程共享同一虚拟地址空间。
**在Linux中,不同于其他类型的操作系统,不对进程和线程作区分,线程只是一种特殊的进程。
二. 进程描述符
task list:内核将所有的进程存储在一个环形的双向链表中,即task list。
进程描述符:1) task_struct:进程描述符用于保存一个进程所包含的所有信息,包括open files、process’s address space等。
2) 在Linux 2.6中,task_struct存储在每个进程的kernel stack的end处,这样方便计算task_struct的位置,从而获取进程的信息;
之后通过新的数据结构thread_info,其同样保存在kernel stack的底部,该结构中保存有task_struct指针。
3) 在Linux中,可以通过宏current方便地得到当前正在运行的进程。
三.进程状态
进程状态存储在进程描述符task_struct中的state域。五个状态:
1) TASK_RUNNING: 正在运行或者在runqueue中等待运行。
2) TASK_INTERRUPTIBLE:进程处于睡眠状态,等待某个条件存在即进入TASK_RUNNING.
3) TASK_UNINTERRUPTIBLE:深度睡眠,信号来了也无法醒来,只能被wake_up()唤醒。
4) TASK_ZOMBIE:僵死进程。
5) TASK_STOPPED:进程停止运行,task收到信号(SIGSTOP,SIGTSTP,SIGTTIN等)或者在debug的过程中收到任何信号。
四.进程上下文
进程中最重要的部分就是可执行的程序代码,这些代码从可执行文件中读取,并在该程序的地址空间执行。通常程序运行在
用户空间,当程序执行系统调用或者发生exception的时候,会进入内核空间,此时内核即处于进程上下文。
五.进程家族树
在Linux中,所有的进程都是init进程(pid = 0)的子孙,每个进程有且只能有一个父进程,同时每个进程可以有很多个子进程,
属于同一个父进程的进程为siblings,每个进程的task_struct中都保留了指向父进程的指针parent和指向子进程的指针children。
六.进程的创建
Linux通过clone()系统调用来实现的fork(), clone() 在内核中调用是的do_fork()函数, 而do_fork()又调用了copy_process()来forking process,
copy_process()的流程如下:
1) call dup_task_struct,这个创建一个kernel stack/thread_info/task_struct给新的process; 这些结构的值与父进程完全相同。
2) 检测新的子进程的资源是否超过了当前user的资源限制;
3) 将child和parent区分开,将process descriptor的部分成员清空或设置初始值;
4)child的state被置为TASK_UNINTERRUPTIBLE,来保证child还不被运行;
5)设置child的task_struct的flags成员,标示是超级用户权限的PF_SUPERPRIV被清空,标示还未调用exec()的PF_FORKNOEXEC被置上
6)通过alloc_pid()给pid成员赋值;
7)根据传给clone()的参数来决定是否赋值open files/file system info/signal handlers/process address space/name space
8)最后copy_process返回一个指向新child的指针给caller
**COW机制:
七.Linux线程
Linux实现thread的方法比较特别,在linux内核中并没有thread这么一个概念,所有的线程在Linux内核中被看做是标准进程,Linux Kernel并不提供针对线程的调度,取而代之的是,在Linux中线程仅仅是一个与其他进程共享某些特定资源的进程,每个线程有独立的task_struct。
Linux的线程是由带有如下参数的clone()系统调用创建的:
clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0);
参数的含义:
CLONE_VM: Parent and child share address space.
CLONE_FS: Parent and child share filesystem information
CLONE_FILES: Parent and child share open files.
CLONE_SIGHAND: Parent and child share signal handlers and blocked
八.进程终结
一个进程的结束,将在内核中调起do_exit()函数,流程如下:
1) 将current->flag的PF_EXITING置上;
2) 调用del_timer_sync()来取消内核timer,当此函数返回时,可以保证没有timer handler在运行以及没有timer在queue中
3) 如果BSD accounting is enable, 则调用acct_process()来写accounting info
4) 调用__exit_mm()来释放被进程占用的mm_struct,如果没有其他进程(线程)在使用这个内存空间,则deallocate
5) 调用exit_sem().若process有在queue中等待的信号量(sem),则在这里将其dequeue
6) 调用__exit_files(), __exit_fs(), exit_namespace(), exit_sighand()用来减少对文件操作符以及filesystem data,process namespace,signal handler的
引用计数;如果有引用计数为0,则这个对象没有被任何process使用,于是就将其移除
7)随后,current->exit_code被设置,用于之后parent取得该值
8)之后,调用exit_notify()来发送一个信号给parent,同时将current->state置为TASK_ZOMBIE
9)最后,调用 schedule()将当前进程换出
九.进程描述符的移除
1)首先,调用free_uid(),用于减少process user的引用计数,linux维持一个per-user的cache,来表明当前用户有多少个打开的file和打开的process,
当这个引用计数为0的时候,这个cache将会销毁
2)运行unhash_process(),把process从pidhash和task list中移除
3)若process是线程组的最后一个成员,同时线程组的leader为僵尸进程,则会通知该僵尸leader的父进程(?)。
4)最后,运行put_task_struct()释放包含着process kernel stack和thread_info的页,以及由slab对收回有slab分配的task_struct结构体
十.僵尸进程
当一个进程没有parent的时候(比如parent比child先退出),child进程会将current thread group中的一个作为自己的parent,或者如果没有的话,将init
作为自己的parent。