Linux 内核进程管理之基础，


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没有废话，内存管理暂时告一段落，正式进入进程管理的内容。

内核通过 task_struct 描述进程

用命令 pstree 可以让内核以树形的结构把进程之间的关系列出来，如下图：

这是进程在内核中的结构形式，那么内核是如何来以树形结构管理描述这些进程的呢?用来描述进程的数据结构，可以理解为进程的属性。比如进程的状态、进程的标识(PID)等，都被封装在了进程描述符 task_struct 这个数据结构中。

  1. struct task_struct { 
  2.   ...... 
  3.  /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */ 
  4.  //任务状态。<0是不运行状态，=0是运行状态，>0是停止状态。 
  5.  volatile long   state; 
  6.  ...... 
  7.  //指向内核栈的指针 
  8.  void    *stack; 
  9.  ...... 
  10.  /*进程的调度策略,有6种。 
  11.  *限期进程调度策略:SCHED_DEADLINE。 
  12.  *实时进程调度策略:SCHED_FIFO，SCHED_RR。 
  13.  *普通进程调度策略:SCHED_NORMAL，SCHED_BATCH，SCHED_IDLE。 
  14.  */ 
  15.  unsigned int   policy; 
  16.  ...... 
  17.  //进程内存管理信息 
  18.  struct mm_struct  *mm; 
  19.  struct mm_struct  *active_mm; 
  20.  ...... 
  21.  //进程标识符,用来代表一个进程 
  22.  pid_t pid;     
  23.  ...... 
  24.  //线程链表 
  25.  struct list_head  thread_group; 
  26.  struct list_head  thread_node; 
  27.  
  28.  struct completion  *vfork_done; 
  29.  ...... 
  30.  /* Filesystem information: */ 
  31.  //文件系统信息 
  32.  struct fs_struct  *fs; 
  33.  
  34.  /* Open file information: */ 
  35.  //打开文件信息 
  36.  struct files_struct  *files; 
  37.  ...... 
  38.  /* CPU-specific state of this task: */ 
  39.  //进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中 
  40.  struct thread_struct  thread; 
  41.  ...... 
  42. }; 

内核就是通过list_head链表把各个进程关系以树形结构管理起来的。

task_struct 结构体内容太多，这里只列出部分成员变量，感兴趣的读者可以去源码 include/linux/sched.h头文件查看。

task_struct 中的主要信息分类：

  • ARM64不用通过struct thread_info thread_info获取当前task_struct
  1. static __always_inline struct task_struct *get_current(void) 
  2. { 
  3.         unsigned long sp_el0; 
  4.  
  5.         asm ("mrs %0, sp_el0" : "=r" (sp_el0)); 
  6.  
  7.         return (struct task_struct *)sp_el0; 
  8. } 
  9.  
  10. #define current get_current() 

可以看出 sp_el0 直接作为 task_struct 返回了。对于ARM64平台，记录当前进程的task_struct地址是利用sp0_el1寄存器，当内核执行进程切换时会把当前要运行的进程task_struct地址记录到该寄存器中。因此我们current查找task_struct时也是很简单了，不再用通过sp和thread_info去定位了。

  • volatile long state

-1是不运行的，=0是运行状态，>0是停止状态

Linux中的 ready 和 running 对应的都是TASK_RUNNING标志位，ready 表示进程正处在队列中，尚未被调度;running 则表示进程正在CPU上运行;

  • void *stack

指向内核栈的指针，内核通过 dup_task_struct 为每个进程都分配内核栈空间，并记录在此。

  • struct mm_struct *mm

与进程地址空间相关的信息。

task_struct 的分配和初始化

图中可知，上层应用通过各种方式创建进程时，最终都会通过 _do_fork 新建一个 task_struct。

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