Linux内核学习大总结之一：进程管理

首先，让我们了解一下linux的进程队列结构。

1.1linux进程队列其实是一个双向链表，每一个结点就是一个进程描述符。进程描述符里面包含了进程所有的信息：进程所打开的文件、进程的地址空间、挂起信号、进程状态和其他更多的信息。以下是进程描述符的部分定义：

shruct task_struct

{

unsigned long state;

int prio;

unsigned long policy;

struct task_struct *parent;

struct list_head tasks;

pid_t pid;

......

} ;

linux通过slab分配器分配task-struct结构。它实际上是一个栈，其栈顶（向上增长的栈）或栈底（向下增长的栈）中有一个thread info结构，其中的task指针指向task_struct。

1.2那么，如何识别这些进程呢？进程描述符里面有一个pid，它就是进程间区别标志。它实际上是一个短整型数据，也就是说它最大值为32767。一般来说，32767对于很多桌面系统已经足够，但是对于大型服务器，就必须修改这个上限。

那么，又如何寻找这些进程呢？呵呵，进程队列是一个双向链表，那么我们当然可以遍历它寻找需要的进程。当然，这不是什么好主意，因为这很耗费时间！一般的，有些硬件体系有专门的寄存器存放了指向当前task_struct的指针，可以很快的找到当前进程。在X86系列机中，寄存器非常有限，一般使用通过计算thread_info的偏移量的方法来找到当前进程。

1.3接下来，我们讨论linux进程的状态。

·运行（TASK_RUNNING）：一般指就绪状态——指进程随时可以投入运行和运行状态——指进程正在运行。

·可中断（TASK_INTERUPTIBLE）：这个时候，进程停止运行，直到它获得满足它继续运行的条件。

·不可中断（TASK_UNINTERUPTIBLE）：这个时候，进程也是停止运行，但是，即便它获得满足它继续运行的条件，它也不会马上被激活。

·僵死（TASK_ZOMBIE）：进程运行结束，等待父进程销毁它。

·停止（TASK_STOPPED）：进程停止运行，当进程收到SIGSTOP、SIGTSTP、SIGTTIN、SIGTTOU等信号，就会停止。在调试期间，进程收到任何信号，也会停止运行。

那么，如何设置进程这些状态呢？使用set_task_state(task,state)函数，就可以改变进程描述符里的进程状态state。

1.4好了，进程之间的关系如何？前面说了，进程队列是一个双向链表，那么，他们具体是如何连接的呢？

首先，系统开启的最后一段时间，系统将创建一个init进程，它是系统的第一个进程，它是所有进程的祖先，任何进程，如果不断的追朔其父进程，那么都会回到这个init进程。

这样，进程队列中的进程就有两种连接方式：一种就是刚才说的双向链表；还有一种就是各进程有父子关系，或者兄弟关系。

1.5关于创建进程。linux创建进程很复杂，首先调用fork()，接着fork()调用clone()，然后clone()调用do_fork()，而do_fork()调用copy_process()。每一步调用都完成不同的任务。

首先是copy_process()的一系列工作：

第一步调用dup_task_struct()复制父进程（没错，这个时候描述符也是一样的！），创建内核栈，检查进程数目有没有超过资源限制。

接着，把进程描述符中的各项设为0或者初始值，并把进程状态设为不可中断（TASK_UNINTERUPTIBLE），保证进程未创建完毕前不要投入运行。

第三步，调用copy_flags()，设置描述符中的flag，表明进程是否有超级权限。

然后调用get_pid()设置进程pid。

第五步，根据clone()传来的参数，拷贝或者打开文件、文件系统信息信号处理函数、进程地址空间和命名空间等等。一般来说，linux其实使用的是写时复用，也就是共享资源。（待会会讨论到）

第六步，让父进程和子进程平分剩余的时间片。

最后，返回一个指向子进程的指针。

如果成功的返回到do_fork()，这个新建的子进程会被唤醒，准备投入运行。当然，一般是马上投入运行，也即调用exec()函数，将程序代码（当然是计算机可以直接识别运行的代码）载入进程地址空间，执行里面的代码！

1.6vfork()——这也是一个创建进程的函数，唯一和fork()不一样的是，再创建子进程时它会使父进程挂起，直到创建结束。

1.7线程的话题。其实linux系统没有线程的概念！很吃惊吧？更准确的说，linux内核中，进程和线程都称为任务（task），只有在用户级层面，才有线程这一说法。即便如此，linux仍然视进程和线程为同样的概念，因为它们都有自己的描述符。

一般来说，我们都说线程是“轻进程”，因为线程共享产生它的进程的地址空间、文件资源等等。但是，linux中，进程的产生很多时候使用写时复用，既和父进程共享资源（如果子进程创建后马上调用exec()，那么连共享资源也免了，进程可以直接投入运行！），这一点和线程一样，使得进程和线程没有太大区别。

1.8终结进程。进程终结也需要做很多繁琐的收尾工作。系统必须保证进程所占用的资源回收，并通知父进程。

这里就只大致说下具体进程结束过程：系统调用exit()，开始析构进程。

然后调用sem__exit()使该进程进程队列。

把进程设置为僵死状态。这个时候，进程无法投入运行了，它的存在只为父进程提供信息——申请死亡。

父进程得到信息后，开始调用wait4()，最终赐死子进程——子进程占用的所有资源被全部释放。

这里很显然有一个问题：如果被杀死的子进程同时是其它进程的父进程，那么该怎么办呢？如果置之不理，那么那些子进程将会变为僵死状态，这不是我们所想看到的。

处理方法是为那些子进程寻找父进程，甚至可以设置init为其父进程。

下次，我们将讨论进程的调度问题，敬请期待！