linux进程管理

无论是Windows还是Linux系统都涉及进程和线程的概念。进程是系统调度的最小单位，线程是系统资源分配的最小单位。进程/线程调度（低级调度）的性能直接影响操作系统的性能。以下主要想讨论以下Linux系统的进程管理。

Linux系统中通过调用fork()系统调用创建新进程的，该系统调用通过复制一个现有的进程来创建一个新进程。fork()系统调用从内核返回两次：一次回到父进程，另一次回到新的子进程。

通常，创建新的进程都是为了马上执行！在Linux中，调用exec*()这族函数可以创建新的地址空间，并把新的进程载入。进程通过调用exit()系统调用退出执行。

Linux内核把进程存放在任务队列（task list）双向链表中。链表中每一项都是task_struct类型，称为进程描述符的结构，祥见linux/sched.h文件

// 这里是任务（进程）数据结构，或称为进程描述符。
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// long state 任务的运行状态（-1 不可运行，0 可运行(就绪)，>0 已停止）。
// long counter 任务运行时间计数(递减)（滴答数），运行时间片。
// long priority 运行优先数。任务开始运行时counter = priority，越大运行越长。
// long signal 信号。是位图，每个比特位代表一种信号，信号值=位偏移值+1。
// struct sigaction sigaction[32] 信号执行属性结构，对应信号将要执行的操作和标志信息。
// long blocked 进程信号屏蔽码（对应信号位图）。
// --------------------------
// int exit_code 任务执行停止的退出码，其父进程会取。
// unsigned long start_code 代码段地址。
// unsigned long end_code 代码长度（字节数）。
// unsigned long end_data 代码长度 + 数据长度（字节数）。
// unsigned long brk 总长度（字节数）。
// unsigned long start_stack 堆栈段地址。
// long pid 进程标识号(进程号)。
// long father 父进程号。
// long pgrp 父进程组号。
// long session 会话号。
// long leader 会话首领。
// unsigned short uid 用户标识号（用户id）。
// unsigned short euid 有效用户id。
// unsigned short suid 保存的用户id。
// unsigned short gid 组标识号（组id）。
// unsigned short egid 有效组id。
// unsigned short sgid 保存的组id。
// long alarm 报警定时值（滴答数）。
// long utime 用户态运行时间（滴答数）。
// long stime 系统态运行时间（滴答数）。
// long cutime 子进程用户态运行时间。
// long cstime 子进程系统态运行时间。
// long start_time 进程开始运行时刻。
// unsigned short used_math 标志：是否使用了协处理器。
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// int tty 进程使用tty 的子设备号。-1 表示没有使用。
// unsigned short umask 文件创建属性屏蔽位。
// struct m_inode * pwd 当前工作目录i 节点结构。
// struct m_inode * root 根目录i 节点结构。
// struct m_inode * executable 执行文件i 节点结构。
// unsigned long close_on_exec 执行时关闭文件句柄位图标志。（参见include/fcntl.h）
// struct file * filp[NR_OPEN] 进程使用的文件表结构。
// --------------------------
// struct desc_struct ldt[3] 本任务的局部表描述符。0-空，1-代码段cs，2-数据和堆栈段ds&ss。
// --------------------------
// struct tss_struct tss 本进程的任务状态段信息结构。
// ==========================
struct task_struct
{
/* these are hardcoded - don't touch */
	long state;			/* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
	long counter;
	long priority;
	long signal;
	struct sigaction sigaction[32];
	long blocked;			/* bitmap of masked signals */
/* various fields */
	int exit_code;
	unsigned long start_code, end_code, end_data, brk, start_stack;
	long pid, father, pgrp, session, leader;
	unsigned short uid, euid, suid;
	unsigned short gid, egid, sgid;
	long alarm;
	long utime, stime, cutime, cstime, start_time;
	unsigned short used_math;
/* file system info */
	int tty;			/* -1 if no tty, so it must be signed */
	unsigned short umask;
	struct m_inode *pwd;
	struct m_inode *root;
	struct m_inode *executable;
	unsigned long close_on_exec;
	struct file *filp[NR_OPEN];
/* ldt for this task 0 - zero 1 - cs 2 - ds&ss */
	struct desc_struct ldt[3];
/* tss for this task */
	struct tss_struct tss;
};

每个进程的内核栈底部还分配了一个thread_info的结构数据，使在汇编代码中计算其偏移量变得相对简单。thread_info结构定义在asm/thread_info.h文件中。

通过current宏可以取得正在运行的进程的进程描述符，current把栈指针的后13个有效位屏蔽，用来计算出thread_info的偏移，该操作通过current_thread_info()函数完成。再从thread_info的task域取得并返回task_struct的地址：

current_thread_info()->task

在linux中，进程有五种状态：（在linux/sched.h文件中定义）

// 这里定义了进程运行可能处的状态。
#define TASK_RUNNING 0		// 进程正在运行或已准备就绪。
#define TASK_INTERRUPTIBLE 1	// 进程处于可中断等待状态。
#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2	// 进程处于不可中断等待状态，主要用于I/O 操作等待。
#define TASK_ZOMBIE 3		// 进程处于僵死状态，已经停止运行，但父进程还没发信号。
#define TASK_STOPPED 4		// 进程已停止。

在task_struct的state域中保存进程的状态。设置某进程的状态，可以通过set_task_state(task,state)函数完成。当然也可以使用set_current_state(state)。