《linux内核分析》第六周:分析fork函数对应的系统调用处理过程
一、 阅读理解task_struct数据结构http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235;
- 进程是计算机中已运行程序的实体。在面向线程设计的系统(Linux 2.6及更新的版本)中,进程本身不是基本运行单位,而是线程的容器。
- 在Linux中,task_struct其实就是通常所说的PCB。该结构定义位于:
/include/linux/sched.h
操作系统的三大功能:进程管理、内存管理和文件系统
进程控制块PCB——task_struct
进程在TASK_RUNNING下是可运行的,但它有没有运行取决于它有没有获得cpu的控制权,即这个进程有没有在cpu上实际的执行
进程的标示pid
程序创建的进程具有父子关系,在编程时往往需要引用这样的父子关系。进程描述符中有几个域用来表示这样的关系。
二、 分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone,理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构;
1.Linux中创建进程一共有三个函数:
- fork,创建子进程
- vfork,与fork类似,但是父子进程共享地址空间,而且子进程先于父进程运行。
- clone,主要用于创建线程
2.进程创建过程
YSCALL_DEFINE0(fork)
{
return do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL);
}
#endif
SYSCALL_DEFINE0(vfork)
{
return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0,
0, NULL, NULL);
}
SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
int __user *, parent_tidptr,
int __user *, child_tidptr,
int, tls_val)
{
return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
}
3.分析do_fork 代码
long do_fork(unsigned long clone_flags,
unsigned long stack_start,
unsigned long stack_size,
int __user *parent_tidptr,
int __user *child_tidptr)
{
struct task_struct *p;
int trace = 0;
long nr;
// ...
// 复制进程描述符,返回创建的task_struct的指针
p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,
child_tidptr, NULL, trace);
if (!IS_ERR(p)) {
struct completion vfork;
struct pid *pid;
trace_sched_process_fork(current, p);
// 取出task结构体内的pid
pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID);
nr = pid_vnr(pid);
if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID)
put_user(nr, parent_tidptr);
// 如果使用的是vfork,那么必须采用某种完成机制,确保父进程后运行
if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
p->vfork_done = &vfork;
init_completion(&vfork);
get_task_struct(p);
}
// 将子进程添加到调度器的队列,使得子进程有机会获得CPU
wake_up_new_task(p);
// ...
// 如果设置了 CLONE_VFORK 则将父进程插入等待队列,并挂起父进程直到子进程释放自己的内存空间
// 保证子进程优先于父进程运行
if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
if (!wait_for_vfork_done(p, &vfork))
ptrace_event_pid(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE, pid);
}
put_pid(pid);
} else {
nr = PTR_ERR(p);
}
return nr;
}
do_fork处理了以下内容:##
- 调用copy_process,将当期进程复制一份出来为子进程,并且为子进程设置相应地上下文信息。
- 初始化vfork的完成处理信息(如果是vfork调用)
- 调用wake_up_new_task,将子进程放入调度器的队列中,此时的子进程就可以被调度进程选中,得以运行。
- 如果是vfork调用,需要阻塞父进程,知道子进程执行exec。
三、 使用gdb跟踪分析一个fork系统调用内核处理函数sys_clone ,验证您对Linux系统创建一个新进程的理解,推荐在实验楼Linux虚拟机环境下完成实验。
- 使用gdb跟踪调试内核,在一些重要函数处设置断点:
特别关注新进程是从哪里开始执行的?为什么从哪里能顺利执行下去?即执行起点与内核堆栈如何保证一致。##
答:ret_from_fork;决定了新进程的第一条指令地址。
- 在ret_from_fork之前,也就是在copy_thread()函数中*childregs = *current_pt_regs();该句将父进程的regs参数赋值到子进程的内核堆栈,
- *childregs的类型为pt_regs,里面存放了SAVE ALL中压入栈的参数
- 故在之后的RESTORE ALL中能顺利执行下去
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