进程基本概念

进程基本概念

1. 进程管理包括哪些内容

• 进程是怎么创建的？
• 进程控制块
• 进程的生命周期
• 进程切换，如何切换？
• 进程调度，如何调度？
• 多核调度，比较难？负载均衡？

2. linux4.0的task_struct

2.1 与进程相关的信息

• state： 用来记录进程的状态
• pid： 这个是进程唯一的进程标识符(Process Identifier)
• flag： 用来描述进程属性的一些标志位
• exit_code 和exit_signal ：用来存放进程退出值和终止信号，这样父进程可以知道子进程的退出原因。
• pdeath_signal： 父进程消亡时发出的信号。
• comm： 存放可执行程序的名称。
• real_cred 和cred： 用来存放进程的一些认证信息。

2.2 与调度相关的信息

• **prio: ** 保存着进程的动态优先级，是调度类优先考虑的优先级。
• static_prio： 静态优先级。内核不存储nice值，取而代之的是static_prio。
• normal_prio： 基于static_prio和调度策略计算出来的优先级。
• rt_priority： 实时进程的优先级。
• sched_class： 调度类。
• se： 普通进程调度实体。
• rt： 试试进程调度实体。
• dl： deadline进程调度实体。
• policy： 进程的类型，比如普通进程还是实时进程。
• cpu_allowed： 进程可以在哪几个CPU上运行。

2.3 与进程之间的关系

• real_parent： 指向当前进程的父进程的task_struct数据结构。
• children： 指向当前进程的子进程的链表。
• sibling： 指向当前进程的兄弟进程的链表。
• group_leader： 进程组的组长。

2.4 与内存管理和文件管理相关信息

• mm： 指向进程所管理的内存的一个总的抽象的数据结构mm_struct。
• fs： 保存一个指向文件系统信息的指针。
• files： 保存一个指向进程的文件描述符表的指针。

2.5 task_struct总结

• 进程的运行状态
• 程序计数器
• CPU寄存器，保存上下文
• 内存管理信息
• 统计信息
• 文件相关的信息。

3. 进程的生命周期

3.1 进程状态

• 经典操作系统中进程状态图。

  

• Linux内核里的进程状态

  #define TASK_RUNNING		0
  #define TASK_INTERRUPTIBLE	1
  #define TASK_UNINTERRUPTIBLE	2
  #define __TASK_STOPPED		4
  #define __TASK_TRACED		8
  /* in tsk->exit_state */
  #define EXIT_DEAD		16
  #define EXIT_ZOMBIE		32
  

  • TASK_RUNNING： 可执行的状态，但是不代表其正在运行。可能是在就绪队列中。所以在Linux中进程的就绪态和运行态是很模糊的，没有明确定义两个宏来表示。

  • TASK_INTERRUPTIBLE： 可中断睡眠状态。当进程等待某个资源时，进程会设置为TASK_INTERRUPTIBLE状态，当可用资源到来时，就设置为TASK_RUNNING状态。

  • TASK_UNINTERRUPTIBLE： 不可中断睡眠状态。当其他进程向其发送信号时，它是没有任何反应的。top、ps命令查看，其是D状态。

  • __TASK_STOPPED： 进程终止。

  • EXIT_DEAD： 进程消亡。

  • EXIT_ZOMBIE： 进程已经消亡了，但是task_struct结构体还没有释放。

    

3.2 进程状态设置

• 进程状态设置

  p->state = TASK_RUNNING;
  

  建议使用Linux提供的API:

  #define set_task_state(tsk, state_value)			\
  do {							\
  	(tsk)->task_state_change = _THIS_IP_;		\
  	set_mb((tsk)->state, (state_value));		\
  } while (0)
  
  #define set_current_state(state_value)			\
  set_mb(current->state, (state_value))
  

3.3 进程标识符ID

• 进程标识符PID（Process Identifier）: 用来识别进程的唯一号码。

• PID的类型是一个int类型，所以默认最大值是32768。

• 为了循环使用PID编号，内核使用bitmap机制来管理当前已经分配的PID编号和空闲的PID编号。

• getpid()系统调用返回当前进程的tgid值，而不是线程的pid值。

• 系统调用gettid()会返回线程的PID。

  tgid和pid区别

  posix标准规定：在一个线程组里面，必须使用相同的pid。

  所以给一个组里面发送信号，组里的所有线程都能收到。

3.4 系统第一个进程是怎么初始化的？

• 系统中第一个进程的名字有哪些

  • 0号进程
  • idle进程
  • swapper进程

• 如何获取当前进程的task_struct数据结构？

  • 简单的例子，用sp指针对齐8K，就可以获取struct task_struct结构体。
    

  • 当前linux内核栈和task_struct之间的关系
    

    为什么要把struct task_struct从 kernel stack中拧出来？

    原因是struct thread_info大小是固定的，不会随着内核的发展而越来越大，但是struct task_struct结构体可能会越来越大，但是kernel 栈的空间确是固定的，所以留给内核栈的空间就比较多了。

  • linux内核中获取task_struct 的API,ARM64

    register unsigned long current_stack_pointer asm ("sp");
    static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
    {
    	return (struct thread_info *)
    		(current_stack_pointer & ~(THREAD_SIZE - 1));
    }
    
    #define get_current() (current_thread_info()->task)
    #define current get_current()
    

  • task_struct和struct thread_info的关系

    • 在进程中常被访问的字段。
    • thread_info与体系结构相关。