1.进程的概念
2.进程控制块
3.剖析Linux下的PCB—task_struct
说到task_struct，或许你是非常陌生的。如果我说他其实就是linux下的对进程控制块PCB定义的一个结构体，你或许就会懂那么一点。下边开始今天分享的主题：
1.进程的概念：
说到进程控制块PCB，不得不说一下进程。在之前的操作系统的课程学习中，给出的定义：进程是程序的一次动态的执行过程。（这样，你真的是能想明白吗？概念确实是比较抽象的，反正之前学习的时候我不是很清楚的）。进程=程序段+数据段+进程控制块。当我再次学习操作系统学习进程的时候，却有了更深层次的认识：
从操作系统的层次：进程是程序的一个执行实例；进程是正在执行的程序；进程是能分配处理机并且由处理机执行的实体。这么一说，没有正在执行的程序就一定不是进程吗？不是。假如在单处理机的系统中，一次只能执行一个进程（也就是说，一次只能有一个进程处于运行状态），那么其他的被加载到内存的程序（已经获得了除处理机之外的所需的全部资源），也是进程。
从内核的层次：担当分配系统资源（包括内存等）的实体。
进程的两个基本元素是程序代码（有可能被其他进程所共享）和与代码相关联的数据集。其实这里，与“进程=程序段+数据段+进程控制块 ”是一样的。数据集就是指的是数据段和进程控制块。
2.进程控制块：
为了描述进程的信息，我们引入了进程控制块这个数据结构。那么，为什么需要进程控制块呢？它起着什么作用？
在单处理机系统，我们每次只能执行一个进程，我们如何知道是哪个进程在执行？执行完这个进程之后，又需要去执行哪些进程？假如一个进程由于种种原因，需要被中断（不是被杀死），那么之后再来执行此进程的时候，我们怎么会知道之前执行到哪（不可能从头开始执行），等等情形，所以就需要进程控制块。
通过分析以上的种种情况，我们得出：进程控制块至少应该包含进程标识（是进程的唯一标识，PID），还有进程的优先级，记录进程的上下文信息，记录进程下一次下一条指令的地址，进程中的程序的地址，等等（下文将会给出task_struct结构体的成员）。
当操作系统要调度某进程去执行时，要从该进程的PCB中查询进程的优先级和现行状态；
当系统调度到某个进程时，要根据PCB中保存的现行信息先去回复现场，然后再去修改进程的状态，根据程序的地址，找到程序的位置，并开始执行；
当进程由于某个原因需要暂停时，就必须将现行状态保存在PCB中，并记录下一条指令的地址。
可见，在进程的整个执行过程中，进程控制块都起着非常重要的作用。下边我们就来剖析Linux下的PCB—task_struct结构体。
3.剖析Linux下的PCB—task_struct
关于task_struct的定义， 位于/usr/include/linux/sched.h文件（centos6.5下）中。
下边我就结构体中的数据成员进行分类:
（1）进程的状态：
一个进程是执行状态还是睡眠状态还是阻塞状态，将在下边的成员中进行描述。
volatile long state;
state的可能取值为：
#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 #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。 #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
（2）进程的唯一标识
pid_t pid; pid_t tgid;
pid是进程的唯一表示，范围是0~32767，可以表示32768个进程。
在Linux系统中，一个线程组的所有线程使用和该线程组的领头线程相同的PID，并被存放在tgid成员中。（线程是程序运行的最小单位，进程是程序运行的基本单位。）
（3）进程的内核栈
void *stack;
Linux内核是通过以下的结构体来表示进程的内核栈：
union thread_union { struct thread_info thread_info; unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];};
注明：关于内核栈，之后再来补充。
（4）进程的标记:
unsigned int flags; #define PF_ALIGNWARN 0x00000001 /* Print alignment warning msgs */ #define PF_STARTING 0x00000002 /* being created */#define PF_EXITING 0x00000004 /* getting shut down */#define PF_EXITPIDONE 0x00000008 /* pi exit done on shut down */#define PF_VCPU 0x00000010 /* I'm a virtual CPU */#define PF_FORKNOEXEC 0x00000040 /* forked but didn't exec */#define PF_MCE_PROCESS 0x00000080 /* process policy on mce errors */#define PF_SUPERPRIV 0x00000100 /* used super-user privileges */#define PF_DUMPCORE 0x00000200 /* dumped core */#define PF_SIGNALED 0x00000400 /* killed by a signal */#define PF_MEMALLOC 0x00000800 /* Allocating memory */#define PF_FLUSHER 0x00001000 /* responsible for disk writeback */#define PF_USED_MATH 0x00002000 /* if unset the fpu must be initialized before use */#define PF_FREEZING 0x00004000 /* freeze in progress. do not account to load */#define PF_NOFREEZE 0x00008000 /* this thread should not be frozen */#define PF_FROZEN 0x00010000 /* frozen for system suspend */#define PF_FSTRANS 0x00020000 /* inside a filesystem transaction */#define PF_KSWAPD 0x00040000 /* I am kswapd */#define PF_OOM_ORIGIN 0x00080000 /* Allocating much memory to others */#define PF_LESS_THROTTLE 0x00100000 /* Throttle me less: I clean memory */#define PF_KTHREAD 0x00200000 /* I am a kernel thread */#define PF_RANDOMIZE 0x00400000 /* randomize virtual address space */#define PF_SWAPWRITE 0x00800000 /* Allowed to write to swap */#define PF_SPREAD_PAGE 0x01000000 /* Spread page cache over cpuset */#define PF_SPREAD_SLAB 0x02000000 /* Spread some slab caches over cpuset */#define PF_THREAD_BOUND 0x04000000 /* Thread bound to specific cpu */#define PF_MCE_EARLY 0x08000000 /* Early kill for mce process policy */#define PF_MEMPOLICY 0x10000000 /* Non-default NUMA mempolicy */#define PF_MUTEX_TESTER 0x20000000 /* Thread belongs to the rt mutex tester */#define PF_FREEZER_SKIP 0x40000000 /* Freezer should not count it as freezeable */#define PF_FREEZER_NOSIG 0x80000000 /* Freezer won't send signals to it */
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（5）进程之间的亲属关系：
struct task_struct *real_parent; struct task_struct *parent; struct list_head children; struct list_head sibling; struct task_struct *group_leader;
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（进程的子进程链表）。
sibling用于把当前进程插入到兄弟链表中（进程的兄弟链表）。
group_leader指向其所在进程组的领头进程。
（6）进程调度信息：
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; unsigned int policy;
static_prio用于保存静态优先级，可以通过nice系统调用来进行修改。
rt_priority用于保存实时优先级。
normal_prio的值取决于静态优先级和调度策略。
prio用于保存动态优先级。
policy表示进程的调度策略，目前主要有以下五种：
#define SCHED_NORMAL 0//按照优先级进行调度（有些地方也说是CFS调度器）#define SCHED_FIFO 1//先进先出的调度算法#define SCHED_RR 2//时间片轮转的调度算法#define SCHED_BATCH 3//用于非交互的处理机消耗型的进程#define SCHED_IDLE 5//系统负载很低时的调度算法#define SCHED_RESET_ON_FORK 0x40000000
（7） 时间数据成员：
cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled; cputime_t gtime; cputime_t prev_utime, prev_stime; unsigned long nvcsw, nivcsw; struct timespec start_time; struct timespec real_start_time; unsigned long min_flt, maj_flt; struct task_cputime cputime_expires; struct list_head cpu_timers[3]; struct list_head run_list; unsigned long timeout; unsigned int time_slice; int nr_cpus_allowed;
注明：关于进程的开始执行时间和真正开始执行时间，我认为：进程获得了除了处理机之外的所需的所有资源，它就进入了就绪状态，该时间就是进程的开始执行时间，也就是进入内存的时间。而真正开始时间是或得处理机开始执行的时间。这是本人的认识。
（8）信号处理信息
struct signal_struct *signal; struct sighand_struct *sighand; sigset_t blocked, real_blocked; sigset_t saved_sigmask; struct sigpending pending; unsigned long sas_ss_sp; size_t sas_ss_size;
（9）文件系统信息
struct fs_struct *fs; struct files_struct *files;
以下是对task_struct的定义及注释：
struct task_struct {volatile long state; unsigned long flags; int sigpending; mm_segment_t addr_limit; volatile long need_resched;int lock_depth; long nice; unsigned long policy;struct mm_struct *mm; int processor;unsigned long cpus_runnable, cpus_allowed;struct list_head run_list; unsigned long sleep_time; struct task_struct *next_task, *prev_task;struct mm_struct *active_mm;struct list_head local_pages; unsigned int allocation_order, nr_local_pages;struct linux_binfmt *binfmt; int exit_code, exit_signal;int pdeath_signal; unsigned long personality;int did_exec:1; pid_t pid; pid_t pgrp; pid_t tty_old_pgrp; pid_t session; pid_t tgid;int leader; struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_osptr;struct list_head thread_group; struct task_struct *pidhash_next; struct task_struct **pidhash_pprev;wait_queue_head_t wait_chldexit; struct completion *vfork_done; unsigned long rt_priority; 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; struct tms times; unsigned long start_time; long per_cpu_utime[NR_CPUS], per_cpu_stime[NR_CPUS]; unsigned long min_flt, maj_flt, nswap, cmin_flt, cmaj_flt, cnswap;int swappable:1; uid_t uid,euid,suid,fsuid;gid_t gid,egid,sgid,fsgid;int ngroups; gid_t groups[NGROUPS]; kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;int keep_capabilities:1;struct user_struct *user;struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]; unsigned short used_math; char comm[16]; int link_count, total_link_count;struct tty_struct *tty;unsigned int locks;struct sem_undo *semundo; struct sem_queue *semsleeping; struct thread_struct thread; struct fs_struct *fs; struct files_struct *files; spinlock_t sigmask_lock;struct signal_struct *sig; sigset_t blocked; struct sigpending pending; unsigned long sas_ss_sp;size_t sas_ss_size;int (*notifier)(void *priv);void *notifier_data;sigset_t *notifier_mask;u32 parent_exec_id;u32 self_exec_id;spinlock_t alloc_lock;void *journal_info;};
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注明：进程的调度策略有：先来先服务，短作业优先、时间片轮转、高响应比优先等等的调度算法。
以上参考文档和书籍：
1.task_struct的源码及注释部分，来源于
http://blog.csdn.net/lf_2016/article/details/54347820
2.参考书籍：
《计算机操作系统（第三版） 汤小丹等著》
其他内容参考以下连接：
http://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7292563
