子曰:“先进于礼乐,野人也;后进于礼乐,君子也。如用之,则吾从先进。” 《论语》:先进篇
百篇博客系列篇.本篇为:
v47.xx 鸿蒙内核源码分析(进程回收篇) | 临终前如何向老祖宗托孤
进程管理相关篇为:
- v02.06 鸿蒙内核源码分析(进程管理) | 谁在管理内核资源
- v24.03 鸿蒙内核源码分析(进程概念) | 进程在管理哪些资源
- v45.05 鸿蒙内核源码分析(Fork) | 一次调用,两次返回
- v46.05 鸿蒙内核源码分析(特殊进程) | 老鼠生儿会打洞
- v47.02 鸿蒙内核源码分析(进程回收) | 临终前如何向老祖宗托孤
- v48.05 鸿蒙内核源码分析(信号生产) | 年过半百,依然活力十足
- v49.03 鸿蒙内核源码分析(信号消费) | 谁让CPU连续四次换栈运行
- v71.03 鸿蒙内核源码分析(Shell编辑) | 两个任务,三个阶段
- v72.01 鸿蒙内核源码分析(Shell解析) | 应用窥伺内核的窗口
进程关系链
进程是家族式管理的,父子关系,兄弟关系,朋友关系,子女关系,甚至陌生人关系(等待你消亡)在一个进程的生命周期中都会记录下来.用什么来记录呢?当然是内核最重要的胶水结构体LOS_DL_LIST
,进程控制块(以下简称PCB
)用了8个双向链表来记录进程家族的基因关系和运行时关系.如下:
typedef struct ProcessCB {
//...此处省略其他变量
LOS_DL_LIST pendList; /**< Block list to which the process belongs */ //进程所属的阻塞列表,如果因拿锁失败,就由此节点挂到等锁链表上
LOS_DL_LIST childrenList; /**< my children process list */ //孩子进程都挂到这里,形成双循环链表
LOS_DL_LIST exitChildList; /**< my exit children process list */ //那些要退出孩子进程挂到这里,白发人送黑发人。
LOS_DL_LIST siblingList; /**< linkage in my parent's children list */ //兄弟进程链表, 56个民族是一家,来自同一个父进程.
LOS_DL_LIST subordinateGroupList; /**< linkage in my group list */ //进程是组长时,有哪些组员进程
LOS_DL_LIST threadSiblingList; /**< List of threads under this process *///进程的线程(任务)列表
LOS_DL_LIST threadPriQueueList[OS_PRIORITY_QUEUE_NUM]; /**< The process's thread group schedules thepriority hash table */ //进程的线程组调度优先级哈希表
LOS_DL_LIST waitList; /**< The process holds the waitLits to support wait/waitpid *///进程持有等待链表以支持wait/waitpid
} LosProcessCB;
解读
pendList
个人认为它是鸿蒙内核功能最多的一个链表,它远不止字面意思阻塞链表这么简单,只有深入解读源码后才能体会它真的是太会来事了,一般把它理解为阻塞链表就行.上面挂的是处于阻塞状态的进程.childrenList
孩子链表,所有由它fork出来的进程都挂到这个链表上.上面的孩子进程在死亡前会将自己从上面摘出去,转而挂到exitChildList
链表上.exitChildList
退出孩子链表,进入死亡程序的进程要挂到这个链表上,一个进程的死亡是件挺麻烦的事,进程池的数量有限,需要及时回收进程资源,但家族管理关系复杂,要去很多地方消除痕迹.尤其还有其他进程在看你笑话,等你死亡(wait
/waitpid
)了通知它们一声.siblingList
兄弟链表,和你同一个父亲的进程都挂到了这个链表上.subordinateGroupList
朋友圈链表,里面是因为兴趣爱好(进程组)而挂在一起的进程,它们可以不是一个父亲,不是一个祖父,但一定是同一个老祖宗(用户态和内核态根进程).threadSiblingList
线程链表,上面挂的是进程ID都是这个进程的线程(任务),进程和线程的关系是1:N的关系,一个线程只能属于一个进程.这里要注意任务在其生命周期中是不能改所属进程的.threadPriQueueList
线程的调度队列数组,一共32个,任务和进程一样有32个优先级,调度算法的过程是先找到优先级最高的进程,在从该进程的任务队列里去最高的优先级任务运行.waitList
是等待子进程消亡的任务链表,注意上面挂的是任务.任务是通过系统调用pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options);
将任务挂到
waitList
上.鸿蒙waitpid系统调用为SysWait
,稍后会讲.
进程正常死亡过程
一个进程的自然消亡过程如下
//一个进程的自然消亡过程,参数是当前运行的任务
STATIC VOID OsProcessNaturalExit(LosTaskCB *runTask, UINT32 status)
{
LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(runTask->processID);//通过task找到所属PCB
LosProcessCB *parentCB = NULL;
LOS_ASSERT(!(processCB->threadScheduleMap != 0));//断言没有任务需要调度了,当前task是最后一个了
LOS_ASSERT(processCB->processStatus & OS_PROCESS_STATUS_RUNNING);//断言必须为正在运行的进程
OsChildProcessResourcesFree(processCB);//释放孩子进程的资源
#ifdef LOSCFG_KERNEL_CPUP
OsCpupClean(processCB->processID);
#endif
/* is a child process */
if (processCB->parentProcessID != OS_INVALID_VALUE) {//判断是否有父进程
parentCB = OS_PCB_FROM_PID(processCB->parentProcessID);//获取父进程实体
LOS_ListDelete(&processCB->siblingList);//将自己从兄弟链表中摘除,家人们,永别了!
if (!OsProcessExitCodeSignalIsSet(processCB)) {//是否设置了退出码?
OsProcessExitCodeSet(processCB, status);//将进程状态设为退出码
}
LOS_ListTailInsert(&parentCB->exitChildList, &processCB->siblingList);//挂到父进程的孩子消亡链表,家人中,永别的可不止我一个.
LOS_ListDelete(&processCB->subordinateGroupList);//和志同道合的朋友们永别了,注意家里可不一定是朋友的,所有各有链表.
LOS_ListTailInsert(&processCB->group->exitProcessList, &processCB->subordinateGroupList);//挂到进程组消亡链表,朋友中,永别的可不止我一个.
OsWaitCheckAndWakeParentProcess(parentCB, processCB);//检查父进程的等待任务并唤醒任务,此处将会切换到其他任务运行.
OsDealAliveChildProcess(processCB);//老父亲临终向各自的祖宗托孤
processCB->processStatus |= OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES;//贴上僵死进程的标签
(VOID)OsKill(processCB->parentProcessID, SIGCHLD, OS_KERNEL_KILL_PERMISSION);//以内核权限发送SIGCHLD(子进程退出)信号.
LOS_ListHeadInsert(&g_processRecyleList, &processCB->pendList);//将进程通过其阻塞节点挂入全局进程回收链表
OsRunTaskToDelete(runTask);//删除正在运行的任务
return;
}
LOS_Panic("pid : %u is the root process exit!\n", processCB->processID);
return;
}
解读
- 退群,向兄弟姐妹
siblingList
告别,向朋友圈(进程组)告别subordinateGroupList
. - 留下你的死亡记录,老父亲记录到
exitChildList
,朋友圈记录到exitProcessList
中. - 告诉后人死亡原因
OsProcessExitCodeSet
,因为waitList
上挂的任务在等待你的死亡信息. - 向老祖宗托孤,用户态和内核态进程都有自己的祖宗进程(1和2号进程),老祖宗身子硬朗,最后死.所有的短命鬼进程都可以把自己的孩子委托给老祖宗照顾,老祖宗会一视同仁.
- 将自己变成了
OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES
僵尸进程. - 老父亲跑到村口广播这个孩子已经死亡的信号
OsKill
. - 将自己挂入进程回收链表,等待回收任务
ResourcesTask
回收资源. 最后删除这个正在运行的任务,很明显其中一定会发生一次调度
OsSchedResched
.//删除一个正在运行的任务 LITE_OS_SEC_TEXT VOID OsRunTaskToDelete(LosTaskCB *taskCB) { LosProcessCB *processCB = OS_PCB_FROM_PID(taskCB->processID);//拿到task所属进程 OsTaskReleaseHoldLock(processCB, taskCB);//task还锁 OsTaskStatusUnusedSet(taskCB);//task重置为未使用状态,等待回收 LOS_ListDelete(&taskCB->threadList);//从进程的线程链表中将自己摘除 processCB->threadNumber--;//进程的活动task --,注意进程还有一个记录总task的变量 processCB->threadCount LOS_ListTailInsert(&g_taskRecyleList, &taskCB->pendList);//将task插入回收链表,等待回收资源再利用 OsEventWriteUnsafe(&g_resourceEvent, OS_RESOURCE_EVENT_FREE, FALSE, NULL);//发送释放资源的事件,事件由 OsResourceRecoveryTask 消费 OsSchedResched();//申请调度 return; }
但这是一个自然死亡的进程,还有很多非正常死亡在其他篇幅中已有说明.请自行翻看.非正常死亡的会产生僵尸进程.这种进程需要别的进程通过
waitpid
来回收.
孤儿进程
一般情况下往往是白发人送黑发人,子进程的生命周期是要短于父进程.但因为fork之后,进程之间相互独立,调度算法一视同仁,父子之间是弱的关系力,就什么情况都可能发生了.内核是允许老父亲先走的,如果父进程退出而它的一个或多个子进程还在运行,那么这些子进程就被称为孤儿进程,孤儿进程最终将被两位老祖宗(用户态和内核态)所收养,并由老祖宗完成对它们的状态收集工作。
//当一个进程自然退出的时候,它的孩子进程由两位老祖宗收养
STATIC VOID OsDealAliveChildProcess(LosProcessCB *processCB)
{
UINT32 parentID;
LosProcessCB *childCB = NULL;
LosProcessCB *parentCB = NULL;
LOS_DL_LIST *nextList = NULL;
LOS_DL_LIST *childHead = NULL;
if (!LOS_ListEmpty(&processCB->childrenList)) {//如果存在孩子进程
childHead = processCB->childrenList.pstNext;//获取孩子链表
LOS_ListDelete(&(processCB->childrenList));//清空自己的孩子链表
if (OsProcessIsUserMode(processCB)) {//是用户态进程
parentID = g_userInitProcess;//用户态进程老祖宗
} else {
parentID = g_kernelInitProcess;//内核态进程老祖宗
}
for (nextList = childHead; ;) {//遍历孩子链表
childCB = OS_PCB_FROM_SIBLIST(nextList);//找到孩子的真身
childCB->parentProcessID = parentID;//孩子磕头认老祖宗为爸爸
nextList = nextList->pstNext;//找下一个孩子进程
if (nextList == childHead) {//一圈下来,孩子们都磕完头了
break;
}
}
parentCB = OS_PCB_FROM_PID(parentID);//找个老祖宗的真身
LOS_ListTailInsertList(&parentCB->childrenList, childHead);//挂到老祖宗的孩子链表上
}
return;
}
解读
- 函数很简单,都一一注释了,老父亲临终托付后事,请各自的老祖宗照顾孩子.
- 从这里也可以看出进程的家族管理模式,两个家族从进程的出生到死亡负责到底.
僵尸进程
一个进程在终止时会关闭所有文件描述符,释放在用户空间分配的内存,但它的PCB
还保留着,内核在其中保存了一些信息:如果是正常终止则保存着退出状态,如果是异常终止则保存着导致该进程终止的信号是哪个。这个进程的父进程可以调用wait或waitpid获取这些信息,然后彻底清除掉这个进程。
如果一个进程已经终止,但是它的父进程尚未调用wait或waitpid对它进行清理,这时的进程状态称为僵尸(Zombie)进程,即 Z 进程.任何进程在刚终止时都是僵尸进程,正常情况下,僵尸进程都立刻被父进程清理了. 不正常情况下就需要手动waitpid
清理了.
waitpid
在鸿蒙系统中,一个进程结束了,但是它的父进程没有等待(调用wait
waitpid
)它,那么它将变成一个僵尸进程。通过系统调用 waitpid
可以彻底的清理掉子进程.归还pcb
.最终调用到SysWait
#include
#include "syscall.h"
pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options)
{
return syscall_cp(SYS_wait4, pid, status, options, 0);
}
//等待子进程结束
int SysWait(int pid, USER int *status, int options, void *rusage)
{
(void)rusage;
return LOS_Wait(pid, status, (unsigned int)options, NULL);
}
//返回已经终止的子进程的进程ID号,并清除僵死进程。
LITE_OS_SEC_TEXT INT32 LOS_Wait(INT32 pid, USER INT32 *status, UINT32 options, VOID *rusage)
{
(VOID)rusage;
UINT32 ret;
UINT32 intSave;
LosProcessCB *childCB = NULL;
LosProcessCB *processCB = NULL;
LosTaskCB *runTask = NULL;
ret = OsWaitOptionsCheck(options);//参数检查,只支持LOS_WAIT_WNOHANG
if (ret != LOS_OK) {
return -ret;
}
SCHEDULER_LOCK(intSave);
processCB = OsCurrProcessGet(); //获取当前进程
runTask = OsCurrTaskGet(); //获取当前任务
ret = OsWaitChildProcessCheck(processCB, pid, &childCB);//先检查下看能不能找到参数要求的退出子进程
if (ret != LOS_OK) {
pid = -ret;
goto ERROR;
}
if (childCB != NULL) {//找到了进程
return OsWaitRecycleChildPorcess(childCB, intSave, status);//回收进程
}
//没有找到,看是否要返回还是去做个登记
if ((options & LOS_WAIT_WNOHANG) != 0) {//有LOS_WAIT_WNOHANG标签
runTask->waitFlag = 0;//等待标识置0
pid = 0;//这里置0,是为了 return 0
goto ERROR;
}
//等待孩子进程退出
OsWaitInsertWaitListInOrder(runTask, processCB);//将当前任务挂入进程waitList链表
//发起调度的目的是为了让出CPU,让其他进程/任务运行
OsSchedResched();//发起调度
runTask->waitFlag = 0;
if (runTask->waitID == OS_INVALID_VALUE) {
pid = -LOS_ECHILD;//没有此子进程
goto ERROR;
}
childCB = OS_PCB_FROM_PID(runTask->waitID);//获取当前任务的等待子进程ID
if (!(childCB->processStatus & OS_PROCESS_STATUS_ZOMBIES)) {//子进程非僵死进程
pid = -LOS_ESRCH;//没有此进程
goto ERROR;
}
//回收僵死进程
return OsWaitRecycleChildPorcess(childCB, intSave, status);
ERROR:
SCHEDULER_UNLOCK(intSave);
return pid;
}
解读
pid
是数据参数,根据不同的参数代表不同的含义,含义如下:参数值 说明 pid<-1 等待进程组号为pid绝对值的任何子进程。 pid=-1 等待任何子进程,此时的waitpid()函数就退化成了普通的wait()函数。 pid=0 等待进程组号与目前进程相同的任何子进程,也就是说任何和调用waitpid()函数的进程在同一个进程组的进程。 pid>0 等待进程号为pid的子进程。 pid
不同值代表的真正含义可以看这个函数OsWaitSetFlag
.
```c
//设置等待子进程退出方式方法
STATIC UINT32 OsWaitSetFlag(const LosProcessCB *processCB, INT32 pid, LosProcessCB **child)
{
LosProcessCB childCB = NULL;
ProcessGroup group = NULL;
LosTaskCB *runTask = OsCurrTaskGet();
UINT32 ret;
```if (pid > 0) {//等待进程号为pid的子进程结束 /* Wait for the child process whose process number is pid. */ childCB = OsFindExitChildProcess(processCB, pid);//看能否从退出的孩子链表中找到PID if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID,注意一个进程退出时会挂到父进程的exitChildList上 goto WAIT_BACK;//直接成功返回 } ret = OsFindChildProcess(processCB, pid);//看能否从现有的孩子链表中找到PID if (ret != LOS_OK) { return LOS_ECHILD;//参数进程并没有这个PID孩子,返回孩子进程失败. } runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_PRO;//设置当前任务的等待类型 runTask->waitID = pid; //当前任务要等待进程ID结束 } else if (pid == 0) {//等待同一进程组中的任何子进程 /* Wait for any child process in the same process group */ childCB = OsFindGroupExitProcess(processCB->group, OS_INVALID_VALUE);//看能否从退出的孩子链表中找到PID if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID goto WAIT_BACK;//直接成功返回 } runTask->waitID = processCB->group->groupID;//等待进程组的任意一个子进程结束 runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_GID;//设置当前任务的等待类型 } else if (pid == -1) {//等待任意子进程 /* Wait for any child process */ childCB = OsFindExitChildProcess(processCB, OS_INVALID_VALUE);//看能否从退出的孩子链表中找到PID if (childCB != NULL) {//找到了,确实有一个已经退出的PID goto WAIT_BACK; } runTask->waitID = pid;//等待PID,这个PID可以和当前进程没有任何关系 runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_ANY;//设置当前任务的等待类型 } else { /* pid < -1 */ //等待指定进程组内为|pid|的所有子进程 /* Wait for any child process whose group number is the pid absolute value. */ group = OsFindProcessGroup(-pid);//先通过PID找到进程组 if (group == NULL) { return LOS_ECHILD; } childCB = OsFindGroupExitProcess(group, OS_INVALID_VALUE);//在进程组里任意一个已经退出的子进程 if (childCB != NULL) { goto WAIT_BACK; } runTask->waitID = -pid;//此处用负数是为了和(pid == 0)以示区别,因为二者的waitFlag都一样. runTask->waitFlag = OS_PROCESS_WAIT_GID;//设置当前任务的等待类型 } WAIT_BACK: *child = childCB; return LOS_OK; }
status
带走进程退出码,exitCode
分成了三个部分格式如下/* * Process exit code * 31 15 8 7 0 * | | exit code | core dump | signal | */ #define OS_PRO_EXIT_OK 0 //进程正常退出 //置进程退出码第七位为1 STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeCoreDumpSet(LosProcessCB *processCB) { processCB->exitCode |= 0x80U;// 0b10000000 } //设置进程退出信号(0 ~ 7) STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSignalSet(LosProcessCB *processCB, UINT32 signal) { processCB->exitCode |= signal & 0x7FU;//0b01111111 } //清除进程退出信号(0 ~ 7) STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSignalClear(LosProcessCB *processCB) { processCB->exitCode &= (~0x7FU);//低7位全部清0 } //进程退出码是否被设置过,默认是 0 ,如果 & 0x7FU 还是 0 ,说明没有被设置过. STATIC INLINE BOOL OsProcessExitCodeSignalIsSet(LosProcessCB *processCB) { return (processCB->exitCode) & 0x7FU; } //设置进程退出号(8 ~ 15) STATIC INLINE VOID OsProcessExitCodeSet(LosProcessCB *processCB, UINT32 code) { processCB->exitCode |= ((code & 0x000000FFU) << 8U) & 0x0000FF00U; /* 8: Move 8 bits to the left, exitCode */ }
0 - 7
为信号位,信号处理有专门的篇幅,此处不做详细介绍,请自行翻看,这里仅列出部分信号含义.#define SIGHUP 1 //终端挂起或者控制进程终止 #define SIGINT 2 //键盘中断(如break键被按下) #define SIGQUIT 3 //键盘的退出键被按下 #define SIGILL 4 //非法指令 #define SIGTRAP 5 //跟踪陷阱(trace trap),启动进程,跟踪代码的执行 #define SIGABRT 6 //由abort(3)发出的退出指令 #define SIGIOT SIGABRT //abort发出的信号 #define SIGBUS 7 //总线错误 #define SIGFPE 8 //浮点异常 #define SIGKILL 9 //常用的命令 kill 9 123 | 不能被忽略、处理和阻塞 #define SIGUSR1 10 //用户自定义信号1 #define SIGSEGV 11 //无效的内存引用, 段违例(segmentation violation),进程试图去访问其虚地址空间以外的位置 #define SIGUSR2 12 //用户自定义信号2 #define SIGPIPE 13 //向某个非读管道中写入数据 #define SIGALRM 14 //由alarm(2)发出的信号,默认行为为进程终止 #define SIGTERM 15 //终止信号 #define SIGSTKFLT 16 //栈溢出 #define SIGCHLD 17 //子进程结束信号 #define SIGCONT 18 //进程继续(曾被停止的进程) #define SIGSTOP 19 //终止进程 | 不能被忽略、处理和阻塞 #define SIGTSTP 20 //控制终端(tty)上 按下停止键 #define SIGTTIN 21 //进程停止,后台进程企图从控制终端读 #define SIGTTOU 22 //进程停止,后台进程企图从控制终端写 #define SIGURG 23 //I/O有紧急数据到达当前进程 #define SIGXCPU 24 //进程的CPU时间片到期 #define SIGXFSZ 25 //文件大小的超出上限 #define SIGVTALRM 26 //虚拟时钟超时 #define SIGPROF 27 //profile时钟超时 #define SIGWINCH 28 //窗口大小改变 #define SIGIO 29 //I/O相关 #define SIGPOLL 29 // #define SIGPWR 30 //电源故障,关机 #define SIGSYS 31 //系统调用中参数错,如系统调用号非法 #define SIGUNUSED SIGSYS //系统调用异常
options
是行为参数,提供了一些另外的选项来控制waitpid()函数的行为。参数值 鸿蒙支持 说明 LOS_WAIT_WNOHANG 支持 如果没有孩子进程退出,则立即返回,而不是阻塞在这个函数上等待;如果结束了,则返回该子进程的进程号。 LOS_WAIT_WUNTRACED 不支持 报告终止或停止的子进程的状态 LOS_WAIT_WCONTINUED 不支持 鸿蒙目前只支持了LOS_WAIT_WNOHANG模式,内核源码中虽有
LOS_WAIT_WUNTRACED
和LOS_WAIT_WCONTINUED
的实现痕迹,但是整体阅读下来比较乱,应该是没有写好.
百篇博客分析.深挖内核地基
- 给鸿蒙内核源码加注释过程中,整理出以下文章。内容立足源码,常以生活场景打比方尽可能多的将内核知识点置入某种场景,具有画面感,容易理解记忆。说别人能听得懂的话很重要! 百篇博客绝不是百度教条式的在说一堆诘屈聱牙的概念,那没什么意思。更希望让内核变得栩栩如生,倍感亲切.确实有难度,自不量力,但已经出发,回头已是不可能的了。
- 与代码有bug需不断debug一样,文章和注解内容会存在不少错漏之处,请多包涵,但会反复修正,持续更新,v**.xx 代表文章序号和修改的次数,精雕细琢,言简意赅,力求打造精品内容。
按功能模块:
基础工具 | 加载运行 | 进程管理 | 编译构建 |
---|---|---|---|
双向链表 位图管理 用栈方式 定时器 原子操作 时间管理 |
ELF格式 ELF解析 静态链接 重定位 进程映像 |
进程管理 进程概念 Fork 特殊进程 进程回收 信号生产 信号消费 Shell编辑 Shell解析 |
编译环境 编译过程 环境脚本 构建工具 gn应用 忍者ninja |
进程通讯 | 内存管理 | 前因后果 | 任务管理 |
自旋锁 互斥锁 进程通讯 信号量 事件控制 消息队列 |
内存分配 内存管理 内存汇编 内存映射 内存规则 物理内存 |
总目录 调度故事 内存主奴 源码注释 源码结构 静态站点 |
时钟任务 任务调度 任务管理 调度队列 调度机制 线程概念 并发并行 CPU 系统调用 任务切换 |
文件系统 | 硬件架构 | ||
文件概念 文件系统 索引节点 挂载目录 根文件系统 字符设备 VFS 文件句柄 管道文件 |
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