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Linux进程描述符task_struct结构体简析

编程日记 2024-05-13 17:40:00

进程是处于执行期的程序以及它所管理的资源（如打开的文件、挂起的信号、进程状态、地址空间等等）的总称

Linux内核通过一个被称为进程描述符的task_struct结构体来管理进程，这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中。

这个结构体中包含了很多的信息，下面就让我们来一一简单的看看这些结构体内容，对进程描述符有一个基本的理解。

进程状态

volatile long state;    /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */

state成员的可能取值如下

/** Task state bitmask. NOTE! These bits are also* encoded in fs/proc/array.c: get_task_state().** We have two separate sets of flags: task->state* is about runnability, while task->exit_state are* about the task exiting. Confusing, but this way* modifying one set can't modify the other one by* mistake.*/#define TASK_RUNNING            0#define TASK_INTERRUPTIBLE      1#define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2#define __TASK_STOPPED          4#define __TASK_TRACED           8/* in tsk->exit_state */#define EXIT_DEAD               16#define EXIT_ZOMBIE             32#define EXIT_TRACE              (EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)/* in tsk->state again */#define TASK_DEAD               64#define TASK_WAKEKILL           128    /** wake on signals that are deadly **/#define TASK_WAKING             256#define TASK_PARKED             512#define TASK_NOLOAD             1024#define TASK_STATE_MAX          2048/* Convenience macros for the sake of set_task_state */
#define TASK_KILLABLE           (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)
#define TASK_STOPPED            (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)
#define TASK_TRACED             (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)

上面的这些状态又分为下面的几类

5个互斥状态

state可以是5个互斥状态中的一种，系统中的进程必须处于5个状态中的一种。
这个5个状态的具体描述如下

状态	描述
TASK_RUNNING	表示进程要么正在执行，要么正要准备执行（已经就绪），正在等待cpu时间片的调度
TASK_INTERRUPTIBLE	进程因为等待一些条件而被挂起（阻塞）而所处的状态。这些条件主要包括：硬中断、资源、一些信号……，一旦等待的条件成立，进程就会从该状态（阻塞）迅速转化成为就绪状态TASK_RUNNING
TASK_UNINTERRUPTIBLE	意义与TASK_INTERRUPTIBLE类似，除了不能通过接受一个信号来唤醒以外，对于处于TASK_UNINTERRUPIBLE状态的进程，哪怕我们传递一个信号或者有一个外部中断都不能唤醒他们。只有它所等待的资源可用的时候，他才会被唤醒。这个标志很少用，但是并不代表没有任何用处，其实他的作用非常大，特别是对于驱动刺探相关的硬件过程很重要，这个刺探过程不能被一些其他的东西给中断，否则就会让进城进入不可预测的状态
TASK_STOPPED	进程被停止执行，当进程接收到SIGSTOP、SIGTTIN、SIGTSTP或者SIGTTOU信号之后就会进入该状态
TASK_TRACED	r表示进程被debugger等进程监视，进程执行被调试程序所停止，当一个进程被另外的进程所监视，每一个信号都会让进城进入该状态

5个互斥状态

两个附加的进程状态既可以被添加到state域中，又可以被添加到exit_state域中。只有当进程终止的时候，才会达到这两种状态.

/* task state */
int exit_state;
int exit_code, exit_signal;

状态	描述
EXIT_ZOMBIE	进程的执行被终止，但是其父进程还没有使用wait()等系统调用来获知它的终止信息，此时进程成为僵尸进程
EXIT_DEAD	进程的最终状态

新增睡眠状态

进程状态 TASK_UNINTERRUPTIBLE 和 TASK_INTERRUPTIBLE 都是睡眠状态

进程标识符（PID）

pid_t pid;  
pid_t tgid;

通过查看源代码我们发现pid_t的类型就是一个整型，每个进程在创建的时候都会返回一个进程标识符（PID），就好像一个身份证号码一样，用来唯一标识一个进程。

在CONFIG_BASE_SMALL配置为0的情况下，PID的取值范围是0到32767，即系统中的进程数最大为32768个。

进程内核栈

void *stack;

这里关于进程内核栈，专门写一篇博客，可以看过来
进程内核栈

进程标记

unsigned int flags; /* per process flags, defined below */

反应进程状态的信息，但不是运行状态，用于内核识别进程当前的状态，以备下一步操作

flags成员的可能取值如下，这些宏以PF(ProcessFlag)开头

例如
PF_FORKNOEXEC 进程刚创建，但还没执行。
PF_SUPERPRIV 超级用户特权。
PF_DUMPCORE dumped core。
PF_SIGNALED 进程被信号(signal)杀出。
PF_EXITING 进程开始关闭。

表示进程亲属关系的成员

/** 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 __rcu *real_parent; /* real parent process */
struct task_struct __rcu *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 */

在Linux系统中，所有进程之间都有着直接或间接地联系，每个进程都有其父进程，也可能有零个或多个子进程。拥有同一父进程的所有进程具有兄弟关系。

字段	描述
real_parent	指向其父进程，如果创建它的父进程不再存在，则指向PID为1的init进程
parent	指向其父进程，当它终止时，必须向它的父进程发送信号。它的值通常与real_parent相同
children	表示链表的头部，链表中的所有元素都是它的子进程
sibling	用于把当前进程插入到兄弟链表中
group_leader	指向其所在进程组的领头进程

ptrace系统调用

ptrace 提供了一种父进程可以控制子进程运行，并可以检查和改变它的核心image

Performance Event

Performance Event是一款随 Linux 内核代码一同发布和维护的性能诊断工具。这些成员用于帮助PerformanceEvent分析进程的性能问题

进程调度

优先级

用来描述进程的调度方式，调度策略

进程地址空间

内核除了管理本身的内存外，还必须管理用户空间中进程的内存，我们称这个内存为进程地址空间，也就是系统中每个用户空间进程所看到的内存

还有其他的一些

判断标志

时间

信号处理

其他

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