learning kernel -- 进程管理

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learning kernel -- 进程管理
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linux系统的kernel stack和process descriptor
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系统为每个进程在linux内核中分配一个kernel stack，每个kernel stack的底端（对于向下增长的栈）存放struct thread_info:

struct thread_info {
struct task_struct *task;
struct exec_domain *exec_domain;
unsigned long flags;
unsigned long status;
__u32 cpu;
__s32 preempt_count;
mm_segment_t addr_limit;
struct restart_block restart_block;
unsigned long previous_esp;
__u8 supervisor_stack[0];
};
其中thread_info里的struct task_struct里面保存了运行进程的几乎所有信息。内核提供current宏得到当前运行进程的task_struct的地址。
一个进程的可以具有5种状态：

* TASK_RUNNING: 该进程正在运行或者在runqueue里通过进程调度等待运行
* TASK_INTERRUPTIBLE: 该进程处于睡眠状态，放在waitqueue里面，等待特定的条件来唤醒。当收到信号，它也会被唤醒。唤醒后变成TASK_RUNNING状态。
* TASK_UNINTERRUPTIBLE: 和TASK_INTERRUPTIBLE类似，但不能使用信号唤醒。
* TASK_ZOMBIE: 子进程退出后但父进程还没有使用wait4来获取子进程退出状态，此时子进程处于TASK_ZOMBIE。此时子进程基本上已经释放了内存和打开的文件等，但它对应的kernel stack和task_struct内容还是保存的。这些在父进程调用完wait4后来回收。
* TASK_STOPED

Process and The Linux Implementation of Threads
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Why Copy-on-Write
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Linux系统运行基本上都是基于进程fork一个子进程方式的，为此如何尽量减少fork的成本是个很重要的问题。本来fork一个子进程要拷贝父进程的kernel stack, task_struct, 父进程的user space的栈空间等，这样的开销是比较大的，尤其对于很多进程，常常fork子进程后马上来一个exec清除这些内容，拷贝的过程完全是浪费的。Copy-on-Write的想法是fork一个子进程后不马上copy那些内容（但kernel stack和task_struct还是省不了的，不过这两个结构不大），而是共享这些资源。只有在需要write修改这些数据时才会标记哪些数据然后copy这些标记的数据。这样就保证了quick process execution。

Process Creation--fork过程
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fork调用clone函数， clone再调用do_fork，do_fork做以下事：dup_task_struct, copy_process, get_pid,然后根据copy_process的参数选择到底是copy还是share打开的文件，文件系统信息，信号处理器，进程地址空间等。这些都完了后split父进程的时间片给一部分给子进程。

The Linux Implementation of Threads
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linux实现线程的方式有些unique，几乎把线程当作进程来处理。配合Copy-on-Write技术，达到了数据的共享，对于每个线程只是copy一份task_struct的结构和kernel stack。

Process Termitation
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每个进程结束后都会调用exit（编译器会在main函数后默认添加它），它会release该进程占用的空间，files，fs等，set它的exit_code,然后通知父进程自己退出并把自己设置为TASK_ZOMDIE状态。此时kernel stack和task_struct内容还保留，只有父进程调用wait返回后这些资源才开始回收。