调研task_struct结构体

进程的描述PCB

　　task_struct——PCB的一种，在linux中描述进程的结构体叫做task_struct.

task_struct内容分类：

• 标识符：描述本进程的唯一标识符，用来区别其他进程
• 状态：任务状态，推出代码，退出信号等
• 优先级：相对于其他进程的优先级
• 程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址
• 内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
• 上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中欧给的数据
• I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配的进程I/O设备和进程使用的文件列表
• 记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟总和，时间限制，记帐号等
• 其他信息

源代码：

 struct task_struct {
     volatile long state;    /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
     void *stack;
     atomic_t usage;
     unsigned int flags; /* per process flags, defined below */
     unsigned int ptrace;

     int lock_depth;     /* BKL lock depth */

 #ifdef CONFIG_SMP
 #ifdef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW
     int oncpu;
 #endif
 #endif

     int prio, static_prio, normal_prio;
     unsigned int rt_priority;
     const struct sched_class *sched_class;
     struct sched_entity se;
     struct sched_rt_entity rt;

 #ifdef CONFIG_PREEMPT_NOTIFIERS
     /* list of struct preempt_notifier: */
     struct hlist_head preempt_notifiers;
 #endif

     /*
      * fpu_counter contains the number of consecutive context switches
      * that the FPU is used. If this is over a threshold, the lazy fpu
      * saving becomes unlazy to save the trap. This is an unsigned char
      * so that after 256 times the counter wraps and the behavior turns
      * lazy again; this to deal with bursty apps that only use FPU for
      * a short time
      */
     unsigned char fpu_counter;
 #ifdef CONFIG_BLK_DEV_IO_TRACE
     unsigned int btrace_seq;
 #endif

     unsigned int policy;
     cpumask_t cpus_allowed;

 #ifdef CONFIG_TREE_PREEMPT_RCU
     int rcu_read_lock_nesting;
     char rcu_read_unlock_special;
     struct rcu_node *rcu_blocked_node;
     struct list_head rcu_node_entry;
 #endif /* #ifdef CONFIG_TREE_PREEMPT_RCU */

 #if defined(CONFIG_SCHEDSTATS) || defined(CONFIG_TASK_DELAY_ACCT)
     struct sched_info sched_info;
 #endif

     struct list_head tasks;
     struct plist_node pushable_tasks;

     struct mm_struct *mm, *active_mm;

 /* task state */
     int exit_state;
     int exit_code, exit_signal;
     int pdeath_signal;  /*  The signal sent when the parent dies  */
     unsigned int personality;
     unsigned did_exec:;
     unsigned in_execve:;   /* Tell the LSMs that the process is doing an
                  * execve */
     unsigned in_iowait:;

     /* Revert to default priority/policy when forking */
     unsigned sched_reset_on_fork:;

     pid_t pid;
     pid_t tgid;

 #ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR
     /* Canary value for the -fstack-protector gcc feature */
     unsigned long stack_canary;
 #endif

     /*
      * pointers to (original) parent process, youngest child, younger sibling,
      * older sibling, respectively.  (p->father can be replaced with
      * p->real_parent->pid)
      */
     struct task_struct *real_parent; /* real parent process */
     struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */
     /*
      * children/sibling forms the list of my natural children
      */
     struct list_head children;  /* list of my children */
     struct list_head sibling;   /* linkage in my parent's children list */
     struct task_struct *group_leader;   /* threadgroup leader */

     /*
      * ptraced is the list of tasks this task is using ptrace on.
      * This includes both natural children and PTRACE_ATTACH targets.
      * p->ptrace_entry is p's link on the p->parent->ptraced list.
      */
     struct list_head ptraced;
     struct list_head ptrace_entry;

     /*
      * This is the tracer handle for the ptrace BTS extension.
      * This field actually belongs to the ptracer task.
      */
     struct bts_context *bts;

     /* PID/PID hash table linkage. */
     struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
     struct list_head thread_group;

     struct completion *vfork_done;      /* for vfork() */
     int __user *set_child_tid;      /* CLONE_CHILD_SETTID */
     int __user *clear_child_tid;        /* CLONE_CHILD_CLEARTID */

     cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled;
     cputime_t gtime;
     cputime_t prev_utime, prev_stime;
     unsigned long nvcsw, nivcsw; /* context switch counts */
     struct timespec start_time;         /* monotonic time */
     struct timespec real_start_time;    /* boot based time */
 /* mm fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific */
     unsigned long min_flt, maj_flt;

     struct task_cputime cputime_expires;
     struct list_head cpu_timers[];

 /* process credentials */
     const struct cred *real_cred;   /* objective and real subjective task
                      * credentials (COW) */
     const struct cred *cred;    /* effective (overridable) subjective task
                      * credentials (COW) */
     struct mutex cred_guard_mutex;  /* guard against foreign influences on
                      * credential calculations
                      * (notably. ptrace) */
     struct cred *replacement_session_keyring; /* for KEYCTL_SESSION_TO_PARENT */

     char comm[TASK_COMM_LEN]; /* executable name excluding path
                      - access with [gs]et_task_comm (which lock
                        it with task_lock())
                      - initialized normally by flush_old_exec */
 /* file system info */
     int link_count, total_link_count;
 #ifdef CONFIG_SYSVIPC
 /* ipc stuff */
     struct sysv_sem sysvsem;
 #endif
 #ifdef CONFIG_DETECT_HUNG_TASK
 /* hung task detection */
     unsigned long last_switch_count;
 #endif
 /* CPU-specific state of this task */
     struct thread_struct thread;
 /* filesystem information */
     struct fs_struct *fs;
 /* open file information */
     struct files_struct *files;
 /* namespaces */
     struct nsproxy *nsproxy;
 /* signal handlers */
     struct signal_struct *signal;
     struct sighand_struct *sighand;

     sigset_t blocked, real_blocked;
     sigset_t saved_sigmask; /* restored if set_restore_sigmask() was used */
     struct sigpending pending;

     unsigned long sas_ss_sp;
     size_t sas_ss_size;
     int (*notifier)(void *priv);
     void *notifier_data;
     sigset_t *notifier_mask;
     struct audit_context *audit_context;
 #ifdef CONFIG_AUDITSYSCALL
     uid_t loginuid;
     unsigned int sessionid;
 #endif
     seccomp_t seccomp;

 /* Thread group tracking */
     u32 parent_exec_id;
     u32 self_exec_id;
 /* Protection of (de-)allocation: mm, files, fs, tty, keyrings, mems_allowed,
  * mempolicy */
     spinlock_t alloc_lock;

 #ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS
     /* IRQ handler threads */
     struct irqaction *irqaction;
 #endif

     /* Protection of the PI data structures: */
     spinlock_t pi_lock;

 #ifdef CONFIG_RT_MUTEXES
     /* PI waiters blocked on a rt_mutex held by this task */
     struct plist_head pi_waiters;
     /* Deadlock detection and priority inheritance handling */
     struct rt_mutex_waiter *pi_blocked_on;
 #endif

 #ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES
     /* mutex deadlock detection */
     struct mutex_waiter *blocked_on;
 #endif
 #ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS
     unsigned int irq_events;
     int hardirqs_enabled;
     unsigned long hardirq_enable_ip;
     unsigned int hardirq_enable_event;
     unsigned long hardirq_disable_ip;
     unsigned int hardirq_disable_event;
     int softirqs_enabled;
     unsigned long softirq_disable_ip;
     unsigned int softirq_disable_event;
     unsigned long softirq_enable_ip;
     unsigned int softirq_enable_event;
     int hardirq_context;
     int softirq_context;
 #endif
 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
 # define MAX_LOCK_DEPTH 48UL
     u64 curr_chain_key;
     int lockdep_depth;
     unsigned int lockdep_recursion;
     struct held_lock held_locks[MAX_LOCK_DEPTH];
     gfp_t lockdep_reclaim_gfp;
 #endif

 /* journalling filesystem info */
     void *journal_info;

 /* stacked block device info */
     struct bio *bio_list, **bio_tail;

 /* VM state */
     struct reclaim_state *reclaim_state;

     struct backing_dev_info *backing_dev_info;

     struct io_context *io_context;

     unsigned long ptrace_message;
     siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use.  */
     struct task_io_accounting ioac;
 #if defined(CONFIG_TASK_XACCT)
     u64 acct_rss_mem1;  /* accumulated rss usage */
     u64 acct_vm_mem1;   /* accumulated virtual memory usage */
     cputime_t acct_timexpd; /* stime + utime since last update */
 #endif
 #ifdef CONFIG_CPUSETS
     nodemask_t mems_allowed;    /* Protected by alloc_lock */
     int cpuset_mem_spread_rotor;
 #endif
 #ifdef CONFIG_CGROUPS
     /* Control Group info protected by css_set_lock */
     struct css_set *cgroups;
     /* cg_list protected by css_set_lock and tsk->alloc_lock */
     struct list_head cg_list;
 #endif
 #ifdef CONFIG_FUTEX
     struct robust_list_head __user *robust_list;
 #ifdef CONFIG_COMPAT
     struct compat_robust_list_head __user *compat_robust_list;
 #endif
     struct list_head pi_state_list;
     struct futex_pi_state *pi_state_cache;
 #endif
 #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS
     struct perf_event_context *perf_event_ctxp;
     struct mutex perf_event_mutex;
     struct list_head perf_event_list;
 #endif
 #ifdef CONFIG_NUMA
     struct mempolicy *mempolicy;    /* Protected by alloc_lock */
     short il_next;
 #endif
     atomic_t fs_excl;   /* holding fs exclusive resources */
     struct rcu_head rcu;

     /*
      * cache last used pipe for splice
      */
     struct pipe_inode_info *splice_pipe;
 #ifdef  CONFIG_TASK_DELAY_ACCT
     struct task_delay_info *delays;
 #endif
 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION
     int make_it_fail;
 #endif
     struct prop_local_single dirties;
 #ifdef CONFIG_LATENCYTOP
     int latency_record_count;
     struct latency_record latency_record[LT_SAVECOUNT];
 #endif
     /*
      * time slack values; these are used to round up poll() and
      * select() etc timeout values. These are in nanoseconds.
      */
     unsigned long timer_slack_ns;
     unsigned long default_timer_slack_ns;

     struct list_head    *scm_work_list;
 #ifdef CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER
     /* Index of current stored adress in ret_stack */
     int curr_ret_stack;
     /* Stack of return addresses for return function tracing */
     struct ftrace_ret_stack *ret_stack;
     /* time stamp for last schedule */
     unsigned long long ftrace_timestamp;
     /*
      * Number of functions that haven't been traced
      * because of depth overrun.
      */
     atomic_t trace_overrun;
     /* Pause for the tracing */
     atomic_t tracing_graph_pause;
 #endif
 #ifdef CONFIG_TRACING
     /* state flags for use by tracers */
     unsigned long trace;
     /* bitmask of trace recursion */
     unsigned long trace_recursion;
 #endif /* CONFIG_TRACING */
     unsigned long stack_start;
 };

解析task_struct结构体

（1）进程的标识    PID(process identifier)：

　　pid_t pid;//进程的唯一标识
　　pid_t tgid;// 线程组的领头线程的pid成员的值
　　32位无符号整型数据。但最大值取32767。表示每一个进程的标识符。也是内核提供给用户程序的借口，用户程序通过pid操作程序。因为Unix的原因引入还引入了线程组的概念。称为：tgid。一个线程组中的所有线程使用和该线程组中的第一个轻量级线程的pid，被存在tgid成员中。当进程没有线程时，tgid=pid；当有多线程时，tgid表示的是主线程的id，而pid表示每一个线程自己的id。

（2）进程的状态    volatile long state

　　state的可能取值是：

　　　　#define TASK_RUNNING 0//进程要么正在执行，要么准备执行

　　　　#define TASK_INTERRUPTIBLE 1 //可中断的睡眠，可以通过一个信号唤醒

　　　　#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 //不可中断睡眠，不可以通过信号进行唤醒

　　　　#define __TASK_STOPPED 4 //进程停止执行

　　　　#define __TASK_TRACED 8 //进程被追踪

　　　　/* in tsk->exit_state */

　　　　#define EXIT_ZOMBIE 16 //僵尸状态的进程，表示进程被终止，但是父进程还没有获取它的终止信息，比如进程有没有执行完等信息。　　

　　　　#define EXIT_DEAD 32 //进程的最终状态，进程死亡

　　　　/* in tsk->state again */

　　　　#define TASK_DEAD 64 //死亡

　　　　#define TASK_WAKEKILL 128 //唤醒并杀死的进程

　　　　#define TASK_WAKING 256 //唤醒进程

（3）进程的优先级    long priority

　　Priority的值给出进程每次获取CPU后可使用的时间（按jiffies计）。优先级可通过系统sys_setpriorty改变（在kernel/sys.c中）。

　　程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址。
　　内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针。
　　上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据。 
 　　I／O状态信息：包括显示的I/O请求,分配给进程的I／O设备（如磁带驱动器）和被进程使用的文件列表。 
　　审计信息：可包括处理器时间总和，使用的时钟数总和，时间限制，审计号等。 
 
（4）进程调度信息

　　表示当前进程或一个进程允许运行的时间，待到该进程的时间片运行结束，CPU会从运行队列上拿出另一个进程运行。

　　need_resched：调度标志
　　Nice：静态优先级
　　Counter：动态优先级；重新调度进程时会在run_queue中选出Counter值最大的进程。也代表该进程的时间片，运行中不断减少。
　　Policy：调度策略开始运行时被赋予的值
　　rt_priority：实时优先级
（5）进程通信有关信息（IPC：Inter_Process Communication）

　　unsigned long signal：进程接收到的信号。每位表示一种信号，共32种。置位有效。
　　unsigned long blocked：进程所能接受信号的位掩码。置位表示屏蔽，复位表示不屏蔽。
　　Spinlock_t sigmask_lock：信号掩码的自旋锁
　　Long blocked：信号掩码
　　Struct sem_undo *semundo：为避免死锁而在信号量上设置的取消操作
　　Struct sem_queue *semsleeping：与信号量操作相关的等待队列
　　struct signal_struct *sig：信号处理函数
（6）进程信息

　　Linux中存在多进程，而多进程中进程之间的关系可能是父子关系，兄弟关系。
　　除了祖先进程外，其他进程都有一个父进程，通过folk创建出子进程来执行程序。除了表示各自的pid外，子进程的绝大多数信息都是拷贝父进程的信息。且父进程对子进程手握生杀大权，即子进程时是父进程创建出来的，而父进程也可以发送命令杀死子进程。
　　

（7）时间信息

　　Start_time：进程创建时间
　　Per_cpu_utime：进程在执行时在用户态上耗费的时间。
　　Pre_cpu_stime：进程在执行时在系统态上耗费的时间。
　　ITIMER_REAL：实时定时器，不论进程是否运行，都在实时更新。
　　ITIMER_VIRTUAL：虚拟定时器，只有进程运行在用户态时才会更新。
　　ITIMER_PROF：概况定时器，进程在运行处于用户态和系统态时更新。　　
（8）文件信息

　　文件的打开和关闭都是资源的一种操作，Linux中的task_struct中有两个结构体储存这两个信息。

　　Sruct fs_struct *fs：进程的可执行映象所在的文件系统，有两个索引点，称为root和pwd，分别指向对应的根目录和当前目录。

　　Struct files_struct *files：进程打开的文件

（8）地址空间/虚拟内存信息

　　每个进程都有自己的一块虚拟内存空间，用mm_struct来表示，mm_struct中使用两个指针表示一段虚拟地址空间，然后在最终时通过页表映射到真正的物理内存上。

（9）页面管理信息

　　Int swappable：进程占用的内存页面是否可换出。
　　Unsigned long min_flat,maj_flt,nswap：进程累计换出、换入页面数。
　　Unsigned long cmin_flat,cmaj_flt,cnswap：本进程作为祖先进程，其所有层次子进程的累计换出、换入页面数。
（10）对称对处理机信息

　　Int has_cpu： 进程是否当前拥有CPU
　　Int processor： 进程当前正在使用的CPU
　　Int lock_depth： 上下文切换时内核锁的深度
（11）上下文信息：　　

　　struct desc_struct *ldt：进程关于CPU段式存储管理的局部描述符表的指针。
　　struct thread_struct tss：任务状态段。与Intel的TSS进行互动，当前运行的TSS保存在PCB的tss中，新选中的的进程的tss保存在TSS。
（12）信号量数据成员

　　struct sem_undo *semundo：进程每一次操作一次信号量，都会生成一个undo操作。保存在sem_undo结构体中，最终在进程异常终止结束的时候，sem_undo的成员semadj就会指向一个数组，这个数组中每个成员都表示之前每次undo的量。
　　truct sem_queue *semsleeping：进程在操作信号量造成堵塞时，进程会被送入semsleeping指示的关于该信号量的sem_queue队列。
（13）进程队列指针

　　struct task_struct *next_task，*prev_task：所有进程均有各自的PCB。且各个PCB会串在一起，形成一个双向链表。其next_task和prev_task就表示上一个或下一个PCB，即前后指针。进程链表的头和尾都是0号进程。
　　struct task_struct *next_run，*prev_run：由进程的run_queue中产生作用的，指向上一个或下一个可运行的进程，链表的头和尾都是0号进程。
　　struct task_struct *p_opptr：原始父进程（祖先进程）
　　struct task_struct *p_pptr ：父进程　　
　　struct task_struct *p_cptr：子进程
　　struct task_struct *p_ysptr：弟进程
　　struct task_struct *p_osptr：兄进程
　　以上分别是指向原始父进程(original parent)、父进程(parent)、子进程(youngest child)及新老兄弟进程(younger sibling，older sibling)的指针。　　

　　current：当前正在运行进程的指针。
　　struct task_struct init_task：0号进程的PCB，进程的跟=根，始终是INIT_TASK。
　　char comm[16]：进程正在执行的可执行文件的文件名。
　　int errno：进程最后一次出错的错误号。0表示无错误。