进程描述符的处理

转自：http://edsionte.com/techblog/archives/2198/comment-page-1

对于每一个进程而言，内核为其单独分配了一个内存区域，这个区域存储的是内核栈和该进程所对应的一个小型进程描述符——thread_info结构。

01 struct thread_info {
02     struct task_struct  *task;      /* main task structure */
03     struct exec_domain  *exec_domain;   /* execution domain */
04     unsigned long       flags;      /* low level flags */
05     unsigned long       status;     /* thread-synchronous flags */
06     __u32           cpu;        /* current CPU */
07     __s32           preempt_count; /* 0 => preemptable, <0 => BUG */
08     mm_segment_t        addr_limit;
09     struct restart_block    restart_block;
10     unsigned long           previous_esp;
11     __u8            supervisor_stack[0];
12 };

之所以将thread_info结构称之为小型的进程描述符，是因为在这个结构中并没有直接包含与进程相关的字段，而是通过task字段指向具体某个进程描述符。通常这块内存区域的大小是8KB，也就是两个页的大小（有时候也使用一个页来存储，即4KB）。一个进程的内核栈和thread_info结构之间的逻辑关系如下图所示：

从上图可知，内核栈是从该内存区域的顶层向下（从高地址到低地址）增长的，而thread_info结构则是从该区域的开始处向上（从低地址到高地址）增长。内核栈的栈顶地址存储在esp寄存器中。所以，当进程从用户态切换到内核态后，esp寄存器指向这个区域的末端。

从代码的角度来看，内核栈和thread_info结构是被定义在一个联合体当中的：

1 //定义在linux/include/linux/sched.h中
2 union thread_union {
3         struct thread_info thread_info;
4         unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
5 };

其中，THREAD_SIZE的值取8192时，stack数组的大小为2048；THREAD_SIZE的值取4096时，stack数组的大小为1024。现在我们应该思考，为何要将内核栈和thread_info（其实也就相当于task_struct，只不过使用thread_info结构更节省空间）紧密的放在一起？最主要的原因就是内核可以很容易的通过esp寄存器的值获得当前正在运行进程的thread_info结构的地址，进而获得当前进程描述符的地址。

1 //定义在/linux/include/asm-i386/thread_info.h中
2   static inline struct thread_info *current_thread_info(void)
3   {
4           struct thread_info *ti;
5           __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (ti) : "0" (~(THREAD_SIZE - 1)));
6           return ti;
7   }

这条内联汇编语句会屏蔽掉esp寄存器中的内核栈顶地址的低13位（或12位，当THREAD_SIZE为4096时）。此时ti所指的地址就是这片内存区域的起始地址，也就刚好是thread_info结构的地址。但是，thread_info结构的地址并不会对我们直接有用。我们通常可以轻松的通过current宏获得当前进程的task_struct结构，这个宏是如何实现的？

1 //定义在linux/include/asm-i386/current.h中
2    static inline struct task_struct * get_current(void)
3    {
4           return current_thread_info()->task;
5   }
6   #define current get_current()

通过上述源码可以发现，current宏返回的是thread_info结构task字段。而task正好指向与thread_info结构关联的那个进程描述符。得到current后，我们就可以获得当前正在运行进程的描述符中任何一个字段了，比如我们通常所做的：current->pid。