linux 学习笔记 - 进程

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1、Linux进程1基本内容进程，作为Linux里面的两大基本抽象之一，笼统来说就是执行中的程序。这样一个概念涵盖的内容很丰富：汇编代码、数据、状态、各种资源（包括文件、信号、内存等等）。本文档未包含进程间通信、同步等内容。1.1标识一个进程每一个进程，在内核中，都对应了一个task_struct结构体，也称为进程描述符，其中包含了描述一个进程的所有信息（约1.7K字节）。在内核中，所有的的task_struct都被组织在任务队列这样一个双向链表中，如下图：操作系统通过进程IDpid来区分不同的进程描述符，该变量为了与老版本的Linux兼容，其最

2、大值的默认值被默认设置为32768。这样的取值对于一般的个人机是足够使用了，但是有些大型的服务器可能会需要更多的进程。这个最大值可以进行设置，如果不考虑兼容性，可以设置成超过32768。既然task_struct记录了所有进程相关的描述信息，不难想象内核大部分对进程的操作都是通过该结构进行，那么高效的访问task_struct就十分重要了。X86体系中，内核访问task_struct的示意图如下：2010-06-27Page11,Total11第11页，共11页在进程的内核栈的最底端有一个thread_info结构，其保存了task_stru

3、ct的地址。宏current_thread_info()会取到本进程的thread_info，则current_thread_info()->task_struct即可。current_thread_info的实现值得注意：将栈指针SP的后12/13位与0相与。两种取值分别对应了4k/8k的内核栈。1.1进程状态Linux进程有5种状态：lTASK_RUNNING：运行状态–正在执行或者在等待执行的任务队列中lTASK_INTERRUPTIBLE：进程睡眠（或者说阻塞）lTASK_UNINTERRUPTIBLE：不可中断–等待时不可被信号唤醒

4、这类进程就是无法被kill命令杀死的进程了，也因此较上一种使用的较少lTASK_ZOMBIE：僵尸–进程已经结束，但为了父进程能够获得相关信息，内核还保留了该进程的一些相关信息，–直到父进程调用wait4()lTASK_STOPPED/TASK_TRACED：暂停执行、调试状态–一般都是通过特定的信号来实现本状态与运行状态的切换下面是FSM：2010-06-27Page11,Total11第11页，共11页1.1进程上下文当一个进程执行了系统调用，或者发生了某个异常，此时它将陷入内核空间对内核的访问，必须通过内核提供的系统调用，或者异常处理程

5、序，都有特定的接口，我们称内核将“代表进程执行”，并且处于进程上下文中。进程上下文中，current宏是有效的。当调用结束或者异常处理结束，程序恢复在用户空间的继续执行。中断有专门的中断上下文。1.2进程的创建1.2.1进程体系除了init进程之外，其他的进程都有其父进程（ppid）。每一个进程都有其所属的用户以及进程组，这是为了实现访问控制。另外注意的是，在Linux中，创建进程和加载可执行文件是两个步骤，分别通过fork系列函数已经exec系列函数调用进行。1.2.2forkfork用来创建子进程，子进程与父进程在以下几点上是不同的：lp

6、id/ppidl各类资源统计信息清零2010-06-27Page11,Total11第11页，共11页l所有挂起的信号被清除，子进程不进行继承l所有文件锁不会被继承Linux通过clone()系统调用来实现fork，这个系统调用的命名很贴切，这么说的原因在下面会看到。fork调用有2个返回值：父/子进程的pid。内核通常倾向于先返回子进程的pid。子进程在被创建初始，和父进程平分剩余的时间片。1.1.1exec当子进程创建成功并且被调度执行时，一般都会调用exec系列函数将目标可执行文件加载到内存中。通常，exec系列函数调用都不会返回，成功

7、的调用回跳到新的程序入口点进行执行，而之前运行的代码是不会存在于新的地址空间中的。exec调用改变了以下的进程信息：l挂起的信号丢失，锁定的内存丢失，与进程内存相关的信息丢失，包括文件映射l多数进程统计信息清零，多数线程属性还原到默认值l信号处理函数还原到默认的函数l最重要的是，改变了地址空间和进程的映像继承了的东西则有文件描述符集。1.1.2写时拷贝前面提到clone这个系统调用名称很贴切，原因就在于，Linux内核通过写时拷贝技术来进行子进程的创建。为什么要使用写时拷贝？早期的内核其实是这么干的：调用fork时，内核会把所有内部数据复制一

8、份，复制进程的页表项，把父进程地址空间中的内容逐页复制到子进程的地址空间中。对于内核而言，主页拷贝是效率十分低下，十分耗时的操作。写时拷贝怎么实现？在创建进程时，并