Linux 內核進程管理之基礎

沒有廢話，內存管理暫時告一段落，正式進入進程管理的內容。

內核通過 task_struct 描述進程

用命令 pstree 可以讓內核以樹形的結構把進程之間的關系列出來，如下圖：

這是進程在內核中的結構形式，那么內核是如何來以樹形結構管理描述這些進程的呢？用來描述進程的數(shù)據(jù)結構，可以理解為進程的屬性。比如進程的狀態(tài)、進程的標識（PID）等，都被封裝在了進程描述符 task_struct 這個數(shù)據(jù)結構中。

struct task_struct {
  ......
 /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */
 //任務狀態(tài)。<0是不運行狀態(tài)，=0是運行狀態(tài)，>0是停止狀態(tài)。
 volatile long   state;
 ......
 //指向內核棧的指針
 void    *stack;
 ......
 /*進程的調度策略,有6種。
 *限期進程調度策略:SCHED_DEADLINE。
 *實時進程調度策略:SCHED_FIFO，SCHED_RR。
 *普通進程調度策略:SCHED_NORMAL，SCHED_BATCH，SCHED_IDLE。
 */
 unsigned int   policy;
 ......
 //進程內存管理信息
 struct mm_struct  *mm;
 struct mm_struct  *active_mm;
 ......
 //進程標識符,用來代表一個進程
 pid_t pid;    
 ......
 //線程鏈表
 struct list_head  thread_group;
 struct list_head  thread_node;

 struct completion  *vfork_done;
 ......
 /* Filesystem information: */
 //文件系統(tǒng)信息
 struct fs_struct  *fs;

 /* Open file information: */
 //打開文件信息
 struct files_struct  *files;
 ......
 /* CPU-specific state of this task: */
 //進程的CPU狀態(tài)，切換時，要保存到停止進程的task_struct中
 struct thread_struct  thread;
 ......
};

內核就是通過list_head鏈表把各個進程關系以樹形結構管理起來的。

task_struct 結構體內容太多，這里只列出部分成員變量，感興趣的讀者可以去源碼 include/linux/sched.h頭文件查看。

task_struct 中的主要信息分類：

1. 標示符：描述本進程的唯一標識符 pid，用來區(qū)別其他進程。狀態(tài)：任務狀態(tài)，退出代碼，退出信號等優(yōu)先級：相對于其他進程的優(yōu)先級程序計數(shù)器：程序中即將被執(zhí)行的下一條指令的地址內存指針：包括程序代碼和進程相關數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進程共享的內存塊的指針上下文數(shù)據(jù)：進程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)I/O狀態(tài)信息：包括顯示的I/O請求，分配的進程I/O設備和進程使用的文件列表記賬信息：可能包括處理器時間總和，使用的時鐘總和，時間限制，記帳號等

ARM64不用通過struct thread_info thread_info獲取當前task_struct

static __always_inline struct task_struct *get_current(void)
{
        unsigned long sp_el0;

        asm ("mrs %0, sp_el0" : "=r" (sp_el0));

        return (struct task_struct *)sp_el0;
}

#define current get_current()

可以看出 sp_el0 直接作為 task_struct 返回了。對于ARM64平臺，記錄當前進程的task_struct地址是利用sp0_el1寄存器，當內核執(zhí)行進程切換時會把當前要運行的進程task_struct地址記錄到該寄存器中。因此我們current查找task_struct時也是很簡單了，不再用通過sp和thread_info去定位了。

volatile long   state

-1是不運行的，=0是運行狀態(tài)，>0是停止狀態(tài)

Linux中的 ready 和 running 對應的都是TASK_RUNNING標志位，ready 表示進程正處在隊列中，尚未被調度；running 則表示進程正在CPU上運行；

void    *stack

指向內核棧的指針，內核通過 dup_task_struct 為每個進程都分配內核棧空間，并記錄在此。

struct mm_struct *mm

與進程地址空間相關的信息。

task_struct 的分配和初始化

圖中可知，上層應用通過各種方式創(chuàng)建進程時，最終都會通過 _do_fork 新建一個 task_struct。