内核源码阅读（一）进程

1.进程分为实时进程和非实时进程。

        硬实时进程有严格的时间限制，某些任务必须在指定的时限内完成。软实时进程是硬实时进程的一种弱化形式。大多数进程没有特定时间约束的普通进程。CPU时间分配简图如2.1所示。

图2.1 时间片分配CPU时间

抢占式多任务处理：各个进程都分配到一定时间段可以移植，当时间到期后，内核会从进程强制手机控制权，被抢占进程的运行时环境都会被保存起来因此其执行结果不会丢失，恢复时进程环境可完全恢复。

2.进程表示

Linux内核及及进程和顺序的所有算法都围绕一个名为task_struct的数据结构，其位于include/sched.h中。

Linux中task_struct用来控制管理进程，结构如下：struct task_struct { volatile long state;   /*说明了该进程是否可以执行,还是可中断等信息。-1表示不可执行，0表示可运行，>0表示禁止*/ unsigned long flags;  /* Flage 是进程号,在调用fork()时给出  */ int sigpending;  /* 进程上是否有待处理的信号 * ///进程地址空间,区分内核进程与普通进程在内存存放的位置不同 mm_segment_t addr_limit; /* 0-0xBFFFFFFF for user-thead   0-0xFFFFFFFF for kernel-thread */ volatile long need_resched; /* 调度标志,表示该进程是否需要重新调度,若非0,则当从内核态返回到用户态,会发生调度 */ int lock_depth;  /* 大内核锁深度 */  long nice;    /*进程的基本时间片 */   unsigned long policy;/*进程的调度策略,有三种,实时进程:SCHED_FIFO,SCHED_RR, 分时进程:SCHED_OTHER*/ struct mm_struct *mm;  /* 进程内存管理信息 */  int processor; /*若进程不在任何CPU上运行, cpus_runnable 的值是0，否则是1 这个值在运行队列被锁时更新*/ unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed; struct list_head run_list; /*指向运行队列的指针 */ unsigned long sleep_time;  /* 进程的睡眠时间 */ struct task_struct *next_task, *prev_task;/*用于将系统中所有的进程连成一个双向循环链表, 其根是init_task */ struct mm_struct *active_mm; struct list_head local_pages;       /* 指向本地页面  */     unsigned int allocation_order, nr_local_pages; struct linux_binfmt *binfmt;  /* 进程所运行的可执行文件的格式 */ int exit_code, exit_signal; int pdeath_signal;     /* 父进程终止是向子进程发送的信号 */ unsigned long personality; /* Linux可以运行由其他UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序 */ int did_exec:1;  pid_t pid;    /* 进程标识符,用来代表一个进程 */ pid_t pgrp;   /*进程组标识,表示进程所属的进程组*/ pid_t tty_old_pgrp;  /* 进程控制终端所在的组标识 */ pid_t session;  /*进程的会话标识 */ pid_t tgid;      int leader;     /*表示进程是否为会话主管*/  struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr; struct list_head thread_group;   /*线程链表 */ struct task_struct *pidhash_next; /* 用于将进程链入HASH表 */ struct task_struct **pidhash_pprev; wait_queue_head_t wait_chldexit;  /* 供wait4()使用 */ struct completion *vfork_done;  /* 供vfork() 使用 */ unsigned long rt_priority; /* 实时优先级，用它计算实时进程调度时的weight值 */ /* it_real_value，it_real_incr用于REAL定时器，单位为jiffies, 系统根据it_real_value设置定时器的第一个终止时间. 在定时器到期时，向进程发送SIGALRM信号，同时根据it_real_incr重置终止时间，it_prof_value，it_prof_incr用于Profile定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_prof_value值减一，当减到0时，向进程发送信号SIGPROF，并根据it_prof_incr重置时间.it_virt_value，it_virt_value用于Virtual定时器，单位为jiffies。当进程运行时，不管在何种状态下，每个tick都使it_virt_value值减一当减到0时，向进程发送信号SIGVTALRM，根据it_virt_incr重置初值。*/unsigned long it_real_value, it_prof_value, it_virt_value;unsigned long it_real_incr, it_prof_incr, it_virt_value;struct timer_list real_timer;   /* 指向实时定时器的指针 */struct tms times;      /* 记录进程消耗的时间 */unsigned long start_time;  /* 进程创建的时间 */ long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS];  /*记录进程在每个CPU上所消耗的用户态时间和核心态时间 */  //内存缺页和交换信息:/* min_flt, maj_flt累计进程的次缺页数（Copy on　Write页和匿名页）和主缺页数（从映射文件或交换设备读入的页面数）； nswap记录进程累计换出的页面数，即写到交换设备上的页面数。cmin_flt, cmaj_flt, cnswap记录本进程为祖先的所有子孙进程的累计次缺页数，主缺页数和换出页面数。在父进程回收终止的子进程时，父进程会将子进程的这些信息累计到自己结构的这些域中 */ unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap; int swappable:1;  /*表示进程的虚拟地址空间是否允许换出*/  //进程认证信息uid,gid为运行该进程的用户的用户标识符和组标识符，通常是进程创建者的uid，gideuid，egid为有效uid,gidfsuid，fsgid为文件系统uid,gid，这两个ID号通常与有效uid,gid相等，在检查对于文件*/ //suid，sgid为备份uid,gid uid_t uid,euid,suid,fsuid; gid_t gid,egid,sgid,fsgid; int ngroups; //记录进程在多少个用户组中 gid_t groups[NGROUPS]; //记录进程所在的组 //进程的权能，分别是有效位集合，继承位集合，允许位集合 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted; int keep_capabilities:1; struct user_struct *user; struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];  //与进程相关的资源限制信息 unsigned short used_math;   //是否使用FPU char comm[16];   //进程正在运行的可执行文件名 //文件系统信息 int link_count, total_link_count;/* 连接数目*/ struct tty_struct *tty;   /* NULL if no tty 进程所在的控制终端，如果不需要控制终端，则该指针为空 */ unsigned int locks; //进程间通信信息 struct sem_undo *semundo;  /* 进程在信号灯上的所有undo操作 */ struct sem_queue *semsleeping; /* 当进程因为信号灯操作而挂起时，他在该队列中记录等待的操作 */ struct thread_struct thread;/*进程的CPU状态，切换时，要保存到停止进程的task_struct中 */ struct fs_struct *fs;/*文件系统信息*/ struct files_struct *files;/*打开文件信息*/ spinlock_t sigmask_lock;    /* 信号处理函数 */ struct signal_struct *sig; //信号处理函数 sigset_t blocked;  //进程当前要阻塞的信号，每个信号对应一位 struct sigpending pending;  /* 进程上是否有待处理的信号 */ unsigned long sas_ss_sp; size_t sas_ss_size;Linux提供资源限制机制，其使用了task_struc t的rlim数组，数组项类型为struct rlimit。 int (*notifier)(void *priv); void *notifier_data; sigset_t *notifier_mask;//线程组跟踪u32 parent_exec_id; u32 self_exec_id;spinlock_t alloc_lock; void *journal_info;/* 虚拟内存状态*/ };

  3.Linux的资源限制机制

   Linux提供资源限制机制，其使用了task_struct的rlim数组，数组项类型为struct rlimit。

          

rlim_cur:进程当前的资源限制，即软限制。

rlim_max:该限制的最大容许值，即硬限制。

setrlimit和getrlimits用于增减和检查当前限制。表2.3列出了可能的常数及其含义。

表2.3