Linux 内核进程管理之基础

迷南。 2023-01-12 15:53 171阅读 0赞

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：

![d6d805fc1a423a594753eaf89b3ab6d4.png][]

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。

struct task_struct {
      ......
     /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped: */
     //任务状态。<0是不运行状态，=0是运行状态，>0是停止状态。
     volatile long   state;
     ......
     //指向内核栈的指针
     void    *stack;
     ......
     /*进程的调度策略,有6种。
     *限期进程调度策略:SCHED_DEADLINE。
     *实时进程调度策略:SCHED_FIFO，SCHED_RR。
     *普通进程调度策略:SCHED_NORMAL，SCHED_BATCH，SCHED_IDLE。
     */
     unsigned int   policy;
     ......
     //进程内存管理信息
     struct mm_struct  *mm;
     struct mm_struct  *active_mm;
     ......
     //进程标识符,用来代表一个进程
     pid_t pid;    
     ......
     //线程链表
     struct list_head  thread_group;
     struct list_head  thread_node;
    
     struct completion  *vfork_done;
     ......
     /* Filesystem information: */
     //文件系统信息
     struct fs_struct  *fs;
    
     /* Open file information: */
     //打开文件信息
     struct files_struct  *files;
     ......
     /* CPU-specific state of this task: */
     //进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中
     struct thread_struct  thread;
     ......
    };

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：

> 1.  标示符：描述本进程的唯一标识符 pid，用来区别其他进程。
> 2.  状态：任务状态，退出代码，退出信号等
> 3.  优先级：相对于其他进程的优先级
> 4.  程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址
> 5.  内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
> 6.  上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据
> 7.  I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配的进程I/O设备和进程使用的文件列表
> 8.  记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟总和，时间限制，记帐号等

*  #### ARM64不用通过struct thread\_info thread\_info获取当前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![8f6a36f80c20441575150753fe666e04.png][]

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；

![c58066f6df3df634b1ad530619166b10.png][]

*  ##### 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。

![4e9144cc58cf33a02c80fab653b769b9.png][]

## task\_struct 的分配和初始化 ##

![c83570718428d573be554124642a03d4.png][]

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。

![2f24aa6141d03e32a235776864ca8ec5.png][]

![虚线阴影分割线][073d1c342bd69b2d2d75ff94001b4df2.png]

![8e70ad90e323f1fd8f26b3860fb7faee.png][]

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