linux进程学习-进程描述符的存储

当进程被新建时，内核会给进程分配一个8K的空间作为进程的内核堆栈。同时我们知道task_struct结构体也会被创建，但有意思的是，内核不会给task_struct单独分别空间，而是直接将其扔到8k的内核堆栈中，与内核堆栈共享这8K内存。 
 
假设我们用如下结构表示进程描述符和内核堆栈： 
 
struct task_struct task; 
 
unsigned long stack [INIT_TASK_SIZE/sizeof(long)]; 
 
那么我们很容易将其做成一个联合体： 
 
union task_union { 
 
        struct task_struct task; 
 
        unsigned long stack[INIT_TASK_SIZE/sizeof(long)]; 
 
}; 
 
实际上，进程创建时内核会分配2个连续的页面（8192byte），将其底部大约1k（960byte）的空间拿来存放进程描述符(task_struct)，上部大约7k（7232byte）的空间拿来作为内核堆栈。（更多，参考这里和这里） 
 
内核不会让内核堆栈超出7232byte，否则会覆盖task_struct而导致错误。 
 
在内核空间（kernel space）中，有一个专门的全局数组来保存所有的进程描述符（指针），数组条目就是上面的task_union的指针, 这个数组称为Task Array。 
 
很明显的一个问题：pid的最大值是32767，而系统允许的最大进程数是512，如果用pid作为Task Array的索引而将数组大小设为32768的话，数组空间上存在明显的浪费。实际上Task Array的实际大小是系统允许的最大进程数，而内核采用了一些其他的算法（？？？）将进程描述符分布到数组中去。 
 
现在，如果我们想遍历系统中所有的进程，由于一般情况下Task数组中的大多数元素都是空的，所以下面的代码是低效的： 
 
for ( i=; i<NR_TASKS; i++ ) 
 
{ 
 
if (task[i]) 
 
//do something 
 
} 
 
为此，task_struct结构体中加了如下字段：struct task_struct *next_task, *prev_task; 分别指向上一个进程和下一个进程，那么所有进程在连接在一起便形成了一个双向循环链表（double circular linked list），这样的遍历就变得高效了。该链表的头和尾都始终是init进程，因为init进程是长期存在的，这能保证链表一直有效。 
 
随着进程的创建，我们需要在Task数组中找到空闲位置而将新进程插入进去。遍历Task数组的方式是可行却低效的，一个很简单的方式是准备一个堆栈（数据结构上的stack），让栈持有Task数组空闲位置的指针。当你需要插入新元素Task数组时，弹出栈顶元素供你使用便可；当你从Task数组中删除元素后，将该空闲位置压栈以便下次使用。而这个栈，就是linux中的tarray_freelist (自由时间列表) 
 
试想如下case，进程p1要kill进程p2： 
 
p1: kill - pidOfP2 
 
此时系统如何通过p2的PID找到p2的进程描述符？遍历task数组或遍历task_struct形成的双向循环链表都是低下的。 
 
快速查找的一个简单方案是散列表（hash table），这个散列表称为pidhash，该表以pid为键（key），以指向pid对应的进程描述符的指针为值（value）。散列算法为： 
 
#define pid_hashfn(x) ((((x)>>8) ^ (x)) & (PIDHASH_SZ-1)) 
 
其中PIDHASH_SZ为系统定义的此散列表的大小。 
 
pidhash解决碰撞（冲突，colliding）的算法是“链接表法” 
 
（扩展， 其实效率最高的做法是直接通过pid做索引而用普通数组，只所以用散列表，道理和Task数组一样：节约空间）