詳解linux內(nèi)核進程

進程是UNIX操作系統(tǒng)抽象概念中最基本的一種，其中涉及進程的定義以及相關(guān)的概念，比如線程;它們在內(nèi)核中如何被列舉?如何創(chuàng)建?最終又如何消亡?讓我們通過下面的分析，一步步解開內(nèi)核進程的神秘面紗。

1. 進程和線程

進程和線程是程序運行時狀態(tài)，是動態(tài)變化的，進程和線程的管理操作(比如，創(chuàng)建，銷毀等)都是有內(nèi)核來實現(xiàn)的。

Linux中的進程于Windows相比是很輕量級的，而且不嚴格區(qū)分進程和線程，線程不過是一種特殊的進程。

所以下面只討論進程，只有當線程與進程存在不一樣的地方時才提一下線程。

進程提供2種虛擬機制：虛擬處理器和虛擬內(nèi)存

每個進程有獨立的虛擬處理器和虛擬內(nèi)存，

每個線程有獨立的虛擬處理器，同一個進程內(nèi)的線程有可能會共享虛擬內(nèi)存。

內(nèi)核中進程的信息主要保存在task_struct中(include/linux/sched.h)

進程標識PID和線程標識TID對于同一個進程或線程來說都是相等的。

Linux中可以用ps命令查看所有進程的信息：

ps -eo pid,tid,ppid,comm

2. 進程的生命周期

進程的各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化構(gòu)成了進程的整個生命周期。

3. 進程的創(chuàng)建

Linux中創(chuàng)建進程與其他系統(tǒng)有個主要區(qū)別，Linux中創(chuàng)建進程分2步：fork()和exec()。

fork: 通過拷貝當前進程創(chuàng)建一個子進程

exec: 讀取可執(zhí)行文件，將其載入到內(nèi)存中運行

創(chuàng)建的流程：

調(diào)用dup_task_struct()為新進程分配內(nèi)核棧，task_struct等，其中的內(nèi)容與父進程相同。

check新進程(進程數(shù)目是否超出上限等)

清理新進程的信息(比如PID置0等)，使之與父進程區(qū)別開。

新進程狀態(tài)置為 TASK_UNINTERRUPTIBLE

更新task_struct的flags成員。

調(diào)用alloc_pid()為新進程分配一個有效的PID

根據(jù)clone()的參數(shù)標志，拷貝或共享相應的信息

做一些掃尾工作并返回新進程指針

創(chuàng)建進程的fork()函數(shù)實際上最終是調(diào)用clone()函數(shù)。

創(chuàng)建線程和進程的步驟一樣，只是最終傳給clone()函數(shù)的參數(shù)不同。

比如，通過一個普通的fork來創(chuàng)建進程，相當于：clone(SIGCHLD, 0)

創(chuàng)建一個和父進程共享地址空間，文件系統(tǒng)資源，文件描述符和信號處理程序的進程，即一個線程：clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0)

在內(nèi)核中創(chuàng)建的內(nèi)核線程與普通的進程之間還有個主要區(qū)別在于：內(nèi)核線程沒有獨立的地址空間，它們只能在內(nèi)核空間運行。

這與之前提到的Linux內(nèi)核是個單內(nèi)核有關(guān)。

4. 進程的終止

和創(chuàng)建進程一樣，終結(jié)一個進程同樣有很多步驟：

子進程上的操作(do_exit)

設(shè)置task_struct中的標識成員設(shè)置為PF_EXITING

調(diào)用del_timer_sync()刪除內(nèi)核定時器, 確保沒有定時器在排隊和運行

調(diào)用exit_mm()釋放進程占用的mm_struct

調(diào)用sem__exit()，使進程離開等待IPC信號的隊列

調(diào)用exit_files()和exit_fs()，釋放進程占用的文件描述符和文件系統(tǒng)資源

把task_struct的exit_code設(shè)置為進程的返回值

調(diào)用exit_notify()向父進程發(fā)送信號，并把自己的狀態(tài)設(shè)為EXIT_ZOMBIE

切換到新進程繼續(xù)執(zhí)行

子進程進入EXIT_ZOMBIE之后，雖然永遠不會被調(diào)度，關(guān)聯(lián)的資源也釋放掉了，但是它本身占用的內(nèi)存還沒有釋放，

比如創(chuàng)建時分配的內(nèi)核棧，task_struct結(jié)構(gòu)等。這些由父進程來釋放。

父進程上的操作(release_task)

父進程受到子進程發(fā)送的exit_notify()信號后，將該子進程的進程描述符和所有進程獨享的資源全部刪除。

從上面的步驟可以看出，必須要確保每個子進程都有父進程，如果父進程在子進程結(jié)束之前就已經(jīng)結(jié)束了會怎么樣呢?

子進程在調(diào)用exit_notify()時已經(jīng)考慮到了這點。如果子進程的父進程已經(jīng)退出了，那么子進程在退出時，exit_notify()函數(shù)會先調(diào)用forget_original_parent()，然后再調(diào)用find_new_reaper()來尋找新的父進程。

find_new_reaper()函數(shù)先在當前線程組中找一個線程作為父親，如果找不到，就讓init做父進程。(init進程是在linux啟動時就一直存在的)