Linux内核分析实验六

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

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理论基础：

  进程描述符（task_struct）

  用来描述进程的数据结构，可以理解为进程的属性。比如进程的状态、进程的标识（PID）等，都被封装在了进程描述符这个数据结构中，该数据结构被定义为task_struct

 

  进程控制块（PCB）

  是操作系统核心中一种数据结构，主要表示进程状态。

 

  进程状态

  创建一个进程至少涉及的函数：

  sys_clone，do_fork，dup_task_struct，

  copy_process，copy_thread，ret_from_fork

 

下面我们通过跟踪fork()来观察Linux是如何创建新进程。

    1.将fork()添加到MenuOS。

 

    2.编写fork()的具体实现代码。

 

    3.编译并启动MenuOS。

 

    4.使用gdb调试MenuOS，在sys_fork()处设置断点，continue。

 

    5.在MenuOS中键入命令fork，使其在sys_fork()处停下。

 

    6.用list命令查看代码，s命令追踪语句执行状况。

 

分析与总结：

    1.不论是使用fork()/vfork()还是clone()来创建进程，最终都是通过do_fork()方法来实现的。

 

    2.do_fork()流程：

      1)首先调用copy_process()为子进程复制出一份进程信息，如果是vfork()则初始化完成处理信息；

      2)然后调用wake_up_new_task将子进程加入调度器，为之分配CPU，如果是vfork()，则父进程等待子进程完成exec替换自己的地址空间。

 

    3.copy_process()流程：

      1)首先调用dup_task_struct()复制当前的task_struct，检查进程数是否超过限制；

      2)接着初始化自旋锁、挂起信号、CPU 定时器等；

      3)然后调用sched_fork初始化进程数据结构，并把进程状态设置为TASK_RUNNING，复制所有进程信息，包括文件系统、信号处理函数、信号、内存管理等；

      4)调用copy_thread()初始化子进程内核栈，为新进程分配并设置新的pid。

 

    4.dup_task_struct()流程:

      1)调用alloc_task_struct_node()分配一个 task_struct 节点；

      2)调用alloc_thread_info_node()分配一个 thread_info 节点，其实是分配了一个thread_union联合体,将栈底返回给 ti；

      3)最后将栈底的值 ti 赋值给新节点的栈。

 

    5.sched_fork()：sched_fork()大致完成了两项重要工作，一是将子进程状态设置为 TASK_RUNNING，二是为其分配 CPU。

 

    6.copy_thread():这部分为我们解释了两个及其重要的问题：

      1)为什么fork()在子进程中返回0，原因是childregs->ax = 0；这段代码将子进程的 eax 赋值为0。

      2)p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork；将子进程的ip设置为ret_form_fork的首地址，因此子进程是从ret_from_fork开始执行的。

 

最后附上fork流程图：