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<META HTTP-EQUIV="Content-Type" CONTENT="text/html; charset=gb2312">
<META NAME="GENERATOR" CONTENT="《良友》v2.1, 作者：安富国，http://winking.126.com">
<TITLE>进程</TITLE>
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<BODY style="font-family: 宋体; font-size: 9pt">
<CENTER><TABLE CELLSPACING=10 CELLPADDING=10 WIDTH="60%" BGCOLOR="#FFB693" >
<TR>
<TD ALIGN=CENTER><FONT SIZE=+2><!--标题由此开始-->进程</TD>
</TR>
</TABLE></CENTER>
<p><h3>目 录</h3>
<!--目录由此开始--><A NAME="Content" ID="Content"></A>
<OL><LI><A HREF="#I407">进程</A></LI>
<OL><LI><A HREF="#I408">信号</A></LI>
<LI><A HREF="#I409">sched.c</A></LI>
<LI><A HREF="#I410">进程信号队列</A></LI>
<LI><A HREF="#I411">SMP</A></LI>
<LI><A HREF="#I412">内核线程页目录的借用</A></LI>
<LI><A HREF="#I413">代码分析</A></LI>
<LI><A HREF="#I414">线程</A></LI>
<LI><A HREF="#I415">进程描述符</A></LI>
<LI><A HREF="#I416">init进程从内核态切换到用户态</A></LI>
<LI><A HREF="#I417">SET_LINKS</A></LI>
<LI><A HREF="#I418">REMOVE_LINKS</A></LI>
<LI><A HREF="#I419">get_wchan()</A></LI>
<LI><A HREF="#I420">sigframe的结构</A></LI>
<LI><A HREF="#I421">rt_sigframe结构</A></LI>
<LI><A HREF="#I422">信号队列的结构</A></LI>
<LI><A HREF="#I423">内核线程简介</A></LI>
<LI><A HREF="#I424">进程切换简介</A></LI>
<LI><A HREF="#I425">同步机制</A></LI></OL></OL>
<hr><br><A NAME="I407" ID="I407"></A><center><b><font size=+2>进程</font></b></center><br>
一 进程调度<p>
进程的状态([include/linux.h]):<p>
TASK_RUNNING, it means that it is in the "Ready List"<br>
TASK_INTERRUPTIBLE, task waiting for a signal or a resource (sleeping)<br>
TASK_UNINTERRUPTIBLE, task waiting for a resource (sleeping), it is in same "Wait Queue"<br>
TASK_ZOMBIE, task child without father<br>
TASK_STOPPED, task being debugged<p>
______________ CPU Available ______________<br>
| | ----------------> | |<br>
| TASK_RUNNING | | Real Running |<br>
|______________| <---------------- |______________|<br>
CPU Busy<br>
| /|\<br>
Waiting for | | Resource<br>
Resource | | Available<br>
\|/ |<br>
______________________<br>
| |<br>
| TASK_INTERRUPTIBLE / |<br>
| TASK-UNINTERRUPTIBLE |<br>
|______________________|<p>
Main Multitasking Flow<p>
从系统内核的角度看来，一个进程仅仅是进程控制表（process table）中的一项。进程控制表中的每一项都是一个task_struct 结构，而task_struct 结构本身是在include/linux/sched.h中定义的。在task_struct结构中存储各种低级和高级的信息，包括从一些硬件设备的寄存器拷贝到进程的工作目录的链接点。<p>
进程控制表既是一个数组，又是一个双向链表，同时又是一个树。其物理实现是一个包括多个指针的静态数组。此数组的长度保存在include/linux/tasks.h 定义的常量NR_TASKS中，其缺省值为128，数组中的结构则保存在系统预留的内存页中。链表是由next_task 和prev_task两个指针实现的，而树的实现则比较复杂。<p>
系统启动后，内核通常作为某一个进程的代表。一个指向task_struct的全局指针变量current用来记录正在运行的进程。变量current只能由kernel/sched.c中的进程调度改变。当系统需要查看所有的进程时，则调用for_each_task，这将比系统搜索数组的速度要快得多。<p>
二、用户进程和内核线程<p>
某一个进程只能运行在用户方式（user mode）或内核方式（kernel mode）下。用户程序运行在用户方式下，而系统调用运行在内核方式下。在这两种方式下所用的堆栈不一样：用户方式下用的是一般的堆栈，而内核方式下用的是固定大小的堆栈（一般为一个内存页的大小）<p>
尽管linux是一个宏内核系统，内核线程依然存在，以便并行地处理一些内核的“家务室”。这些任务不占用USER memory（用户空间），而仅仅使用KERNEL memory。和其他内核模块一样，它们也在高级权限（i386系统中的RING 0）下工作作。内核线程是被kernel_thread [arch/i386/kernel/process]创建的,它又通过调用著名的clone系统调用[arch/i386/kernel/process.c] (类似fork系统调用的所有功能都是由它最终实现):<p>
int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags)<br>
{<br>
long retval, d0;<p>
__asm__ __volatile__(<br>
"movl %%esp,%%esi\n\t"<br>
"int $0x80\n\t" /* Linux/i386 system call */<br>
"cmpl %%esp,%%esi\n\t" /* child or parent? */<br>
"je 1f\n\t" /* parent - jump */<br>
/* Load the argument into eax, and push it. That way, it does<br>
* not matter whether the called function is compiled with<br>
* -mregparm or not. */<br>
"movl %4,%%eax\n\t"<br>
"pushl %%eax\n\t"<br>
"call *%5\n\t" /* call fn */<br>
"movl %3,%0\n\t" /* exit */<br>
"int $0x80\n"<br>
"1:\t"<br>
:"=&a" (retval), "=&S" (d0)<br>
:"0" (__NR_clone), "i" (__NR_exit),<br>
"r" (arg), "r" (fn),<br>
"b" (flags | CLONE_VM)<br>
: "memory");<br>
return retval;<br>
}<p>
一旦调用，我们就有了一个新的任务（Task） (一般PID都很小, 例如2,3,等) 等待一个响应很慢的资源，例如swap或者usb事件，以便同步。下面是一些最常用的内核线程(你可以用ps x命令):<p>
PID COMMAND<br>
1 init<br>
2 keventd<br>
3 kswapd<br>
4 kreclaimd<br>
5 bdflush<br>
6 kupdated<br>
7 kacpid<br>
67 khubd<p>
init内核线程也是启动以后最初的进程。 它会调用其它用户模式的任务，(/etc/inittab)例如控制台守护进程（daemons）， tty守护进程以及网络守护进程(rc脚本)。<p>
下面是一个典型的内核线程kswapd [mm/vmscan.c].<br>
kswapd是被clone()建立的 [arch/i386/kernel/process.c]''<p>
|do_initcalls<br>
|kswapd_init<br>
|kernel_thread<br>
|syscall fork (in assembler)<p>
·do_initcalls [init/main.c]<br>
·kswapd_init [mm/vmscan.c]<br>
·kernel_thread [arch/i386/kernel/process.c]<p>
三 进程创建，运行和消失<p>
Linux系统使用系统调用fork( )来创建一个进程，使用exit( )来结束进程。fork( )和exit( )的源程序保存在kernel/fork.c and kernel/exit.c中。fork( )的主要任务是初始化要创建进程的数据结构，其主要的步骤有：<p>
1）申请一个空闲的页面来保存task_struct。<br>
2）查找一个空的进程槽（find_empty_process( )）。<br>
3）为kernel_stack_page申请另一个空闲的内存页作为堆栈。<br>
4）将父进程的LDT表拷贝给子进程。<br>
5）复制父进程的内存映射信息。<br>
6）管理文件描述符和链接点。<p>
|sys_fork<br>
|do_fork<br>
|alloc_task_struct<br>
|__get_free_pages<br>
|p->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE<br>
|copy_flags<br>
|p->pid = get_pid<br>
|copy_files<br>
|copy_fs<br>
|copy_sighand<br>
|copy_mm // should manage CopyOnWrite (I part)<br>
|allocate_mm<br>
|mm_init<br>
|pgd_alloc -> get_pgd_fast<br>
|get_pgd_slow<br>
|dup_mmap<br>
|copy_page_range<br>
|ptep_set_wrprotect<br>
|clear_bit // set page to read-only<br>
|copy_segments // For LDT<br>
|copy_thread<br>
|childregs->eax = 0<br>
|p->thread.esp = childregs // child fork returns 0<br>
|p->thread.eip = ret_from_fork // child starts from fork exit<br>
|retval = p->pid // parent fork returns child pid<br>
|SET_LINKS // insertion of task into the list pointers<br>
|nr_threads++ // Global variable<br>
|wake_up_process(p) // Now we can wake up just created child<br>
|return retval<p>
·sys_fork [arch/i386/kernel/process.c]<br>
·do_fork [kernel/fork.c]<br>
·alloc_task_struct [include/asm/processor.c]<br>
·__get_free_pages [mm/page_alloc.c]<br>
·get_pid [kernel/fork.c]<br>
·copy_files<br>
·copy_fs<br>
·copy_sighand<br>
·copy_mm<br>
·allocate_mm<br>
·mm_init<br>
·pgd_alloc -> get_pgd_fast [include/asm/pgalloc.h]<br>
·get_pgd_slow<br>
·dup_mmap [kernel/fork.c]<br>
·copy_page_range [mm/memory.c]<br>
·ptep_set_wrprotect [include/asm/pgtable.h]<br>
·clear_bit [include/asm/bitops.h]<br>
·copy_segments [arch/i386/kernel/process.c]<br>
·copy_thread<br>
·SET_LINKS [include/linux/sched.h]<br>
·wake_up_process [kernel/sched.c]<p>
撤消一个进程可能稍微复杂些，因为撤消子进程必须通知父进程。另外，使用kill( )也可以结束一个进程。sys_kill( )、sys_wait( )和sys_exit( )都保存在文件exit.c中。<p>
使用fork ( )创建一个进程后，程序的两个拷贝都在运行。通常一个拷贝使用exec ( )调用另一个拷贝。系统调用exec ( )负责定位可执行文件的二进制代码，并负责装入和运行。Linux系统中的exec ( )通过使用linux_binfmt结构支持多种二进制格式。每种二进制格式都代表可执行代码和链接库。linux _binfmt结构种包含两个指针，一个指向装入可执行代码的函数，另一个指向装入链接库的函数。<p>
Unix系统提供给程序员6种调用exec( ) 的方法。其中的5种是作为库函数实现，而sys_execve( )是由系统内核实现的。它执行一个十分简单的任务：装入可执行文件的文件头，并试图执行它。如果文件的头两个字节是#! ,那么它就调用在文件第一行中所指定的解释器，否则，它将逐个尝试注册的二进制格式。
<center><A HREF="#Content">[目录]</A></center>
<hr><br><A NAME="I408" ID="I408"></A><center><b><font size=+2>信号</font></b></center><br>
struct semaphore {<br>
atomic_t count; 进程抓取semaphore时减1<br>
int sleepers; 抓取semaphore失败时增1<br>
wait_queue_head_t wait; semaphore的等待队列<br>
};<br>
down(&sem) 编绎成:<p>
movl $sem,% ecx 通过寄存器ecx向__down函数传递sem指针<br>
decl sem<br>
js 2f 如果为负值,表示semaphore已被占用,执行__down_failed过程<br>
1:<br>
由于出现semaphore竞争的可能性比较小,将分支代码转移到.text.lock段,以缩短正常的指令路径.<br>
.section .text.lock,"ax"<br>
2: call __down_failed<br>
jmp 1b<br>
.previous<br>
...<p>
up(&sem) 编绎成:<p>
movl $sem,% ecx<br>
incl sem<br>
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