进程的描述和进程的创建

 作者：刘世鹏20135304                                                                                      

《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000 

一、进程的描述

1、1进程描述符task_struck数据结构（一）

（1）操作系统的三大功能：进程管理、内存管理、文件系统。

（2）

进程控制块PCB——task_struck

tty_struck控制台

fs_struck文件系统的描述

files_struck打开的文件描述符

mm_struck内存的描述

signal_struck信号的描述

（3）操作系统原理中的状态：就绪态、运行态、阻塞态

（4）

内核管理中的进程状态：

TASK_TUNNING(可运行)获得cpu控制权正在运行，被调度出去就是就绪态。

TASK_ZOMBIE(进程被终止)

TASK_interruotibie(阻塞态)

TASK_uninterruotibie(阻塞态)

（5）进程的标示符：pid（用来标识进程）

1、2进程描述符task_struck数据结构（二）

（1）state运行状态（指定进程状态）

（2）SMP条件编译（多处理器时会用到）

（3）

   

struct list_head tasks进程的链表，双向循环链表连接，链表可独立进行操作

（4）每个进程有自己独立的地址空间，32位x86有4G进程地址空间。

（5）pid_t pid标识一个进程

（6）

进程的父子关系：兄弟父子之间的关系通过双向链表连接起来。

（7）CPU相关的状态：thread_struct（sp、ip）进程上下文切换时期关键作用

（8）struct files_struct*files打开文件列表

（9）struck signal_struct *signal信号处理相关工作

二、进程的创建过程

2、1进程的创建概览及fork一个进程的用户态代码

（1）（文件系统、信号、内存）进程描述符中有相应的指针指向其内容，进行研究。

（2）

进程是怎么创建的：复制一份进程描述符，0号进程用代码写死，1号进程复制0号进程pcb，根据1号进程需要修改pid，最后加一个init可执行程序。

（3）

子进程从哪里开始执行：shell命令行怎么创建子进程的？

fork（）用户态进行创建子进程

fork系统调用在父进程和子进程各返回一次

（4）fork在子进程中返回值是父进程的ID

2、2理解进程创建过程复杂代码的方法

（1）系统调用再回顾：

 

Int0x80是中断指令，把用户态堆栈转化到内核态堆栈，把CPU最关键的现场eip、esp保存到内核堆栈中去。

（2）

  

    子进程从哪里开始执行：fork（）出的子进程在内核中开始返回。创建一个进程的框架：复制一份进程描述符，0号进程用代码写死，1号进程复制0号进程pcb，根据1号进程需要修改pid，最后加一个init可执行程序。

（3）创建进程过程中要做哪些事情：修改pcb，建立链表，修改分配内核堆栈，保存进程执行到哪个位置，保存sp、ip（避免发生混乱），需要有thread设定eip和esp位置。

2、3浏览进程的创建过程相关的关键方法

（1）

创建新进程在内核中执行的过程：

复制一个PCB——task_struct

给新进程分配一个新的内核堆栈

更改复制过来的进程数据，比如pid，进程链表等

（2）系统调用内核处理函数：sys_fork、sys_clone、sys_vfork

（3）do_fork（）中包含的copy process创建一个进程内容的主要代码

（4）arch dup_task_struct复制整个PCB（*dst=src*数据结构的值复制给dst）

（5）thread_info内核堆栈，创建一个页面，比较大（分配内核堆栈空间）

（6）p指向子进程的描述符

（7）copy_thread从子进程的pid找到了栈底的地址，把sp赋值过去，对父进程的栈底进行拷贝，包括栈顶数据，thread ip的内容。

2、4创建的新进程是从哪里开始执行的

（1）子进程从哪里开始执行的：ret_from_fork

（2）

Int指令和SAVE_ALL压到内核栈的内容。

（3）ret_from_fork 中的syscall_exit内核堆栈可正常返回到用户态（子进程的进程空间）。

2、5使用gdb跟踪创建新进程的过程

自己实验截图：

（1）把menu删除，克隆一份新的，把test_fork.c覆盖掉，编译内核，可以看到fork命令

（2）设置断点sys_clone，设置断点do_fork，设置断点dup_task_struck，设置断点copy_process，设置断点copy_thread，设置断点ret_from_fork

（3）在MenuOS中执行fork，就会发现fork函数停在了父进程中 

（4）继续执行之后，停在了do_fork的位置

（5）按s进入该函数，可以看到dst = src（也就是复制父进程的struct）

（6）按n继续追踪

（7）在copy_thread中，可以看到把task_pg_regs(p)也就是内核堆栈特定的地址找到并初始化