[笔记分享] [OS] Linux的进程管理
Platform: msm8x60
Kernel: 2.6
进程是不局限于一段可执行代码，还要包括其他资源，如打开的文件、信号、处理器状态、地址空间、数据及一个或者多个线程。多个进程可执行同一个程序。多个进程可共享打开的文件、地址空间之类资源。
线程是进程中的活动对象，每个线程都有独立的进程栈、程序计数器和寄存器组。兄弟线程间共享地址空间、文件系统等资源。
进程描述符
内核将进程放在任务队列双向循环链表中，每项叫task_struct，如下图。结构描述了一个正在执行程序的所有信息。
Linux通过slab分配task_struct，在后面内存管理部分会讲slab。通过slab能达到避免动态分配和释放锁带来的资源消耗。task_struct由于结构太大，所以用图表示了，如下：
为了快速获取task_struct的位置，Linux在内核栈尾部创建了个新结构struct thread_info。其结构和存放位置如下：
每个进程用pid表示，可修改进程最大数目。访问task_struct的方法是通过thread_info计算偏移地址来查找。(thread_info中有task元素)
宏如下：
current_thread_info()->task或者 current 这两个宏都可以得到当前task_struct地址。
进程状态
进程通过state域描述当前状态:
TASK_RUNNING: 进程正在执行，或者在运行队列中等待执行。
TASK_INTERRUPTIBLE: 进程在睡眠，等待某事件满足，可在接收到信号后**。
TASK_UNINTERRUPTIBLE: 进程在睡眠，等待某事件满足，忽略信号的接收。
TASK_ZOMBIE: 进程已经结束，但父进程没调用wait4()系统调用。
TASK_STOPED: 进程没投入运行也不能投入运行。在收到SIGSTOP SIGTSTP等信号时发生，在调试时会处于这种状态。
进程间状态转换如下：
设置进程状态可用set_task_state()函数， 带内存屏障功能。也可用set_current_state()设置当前进程状态。
当一个程序执行系统调用时，处于内核运行状态，我们称为进程上下文。
另外，我们可通过list_entry, list_for_each, for_each_process来遍历进程链表，用next_task, pre_task来获取相邻进程描述符。
进程创建
和其他系统不一样，Linux创建进程通过fork()和exec()两个步骤实现。Fork()拷贝父进程的内容创建，父子进程的区别在于pid, ppid、挂起的信号及某些资源。之后exec()读取可执行文件载入地址空间运行。
Fork()采用写时拷贝的方法，就是说当真在写入的时候，才进行将地址空间拷贝到子进程。提高了快速执行的能力。
fork()、vfork()、__clone()都是调用clone()来实现进程创建的。Clone()调用do_fork()。主要流程如下：
vfork()和fork()的区别在于不拷贝父进程页表。子进程运行时，父进程阻塞直到子进程给其发送信号。
线程实现
内核把所有线程当进程来看待，只是传给clone()的参数有点区别而已。每个线程都有自己的task_struct，只是它和其他一些线程共享一些资源，如地址空间、文件系统资源、文件描述符和信号处理程序。
线程创建： clone(CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND, 0)
进程创建： Clone(SIGCHILD, 0)
Vfork()创建： Clone(CLONE_VFORK|CLONE_VM|SIGCHILD, 0)
内核线程和普通线程的区别在于其没有独立的地址空间，它们用的是前一个进程地址空间。不过他们和普通进程一样，可被调度和抢占。函数如下：
进程终结
不管进程如何终结，该任务大部分都要靠do_exit()来完成。代码如下：
至此，和进程相关资源被释放掉了，进程不可运行处于TASK_ZOMBIE状态，它所占用资源就是内核栈、thread_info和 task_struct结构。存在的目的是给父进程提供信息，等父进程检测到后，剩余资源都被释放。
在调用了wait4()系统调用之后，最终会调用release_task()来完成释放进程描述符剩余的资源。代码如下：