linux驱动current,引用当前进程，及task_struct

尽管内核模块不象应用程序一样顺序执行, 内核做的大部分动作是代表一个特定进程的. 内核代码可以引用当前进程, 通过存取全局项 current, 它在 <asm/current.h> 中定义, 它产生一个指针指向结构 task_struct, 在 <linux/sched.h> 定义. current 指针指向当前在运行的进程. 在一个系统调用执行期间, 例如 open 或者 read, 当前进程是发出调用的进程. 内核代码可以通过使用 current 来使用进程特定的信息, 如果它需要这样.

实际上, current 不真正地是一个全局变量. 支持 SMP 系统的需要强迫内核开发者去开发一种机制, 在相关的 CPU 上来找到当前进程. 这种机制也必须快速, 因为对 current 的引用非常频繁地发生. 结果就是一个依赖体系的机制, 常常, 隐藏了一个指向 task_struct 的指针在内核堆栈内. 实现的细节对别的内核子系统保持隐藏, 一个设备驱动可以只包含 <linux/sched.h> 并且引用当前进程. 例如, 下面的语句打印了当前进程的进程 ID 和命令名称, 通过存取结构 task_struct 中的某些字段.

printk(KERN_INFO "The process is \"%s\" (pid %i)\n", current->comm, current->pid);存于 current->comm的命令名称是由当前进程执行的程序文件的基本名称( 截短到 15 个字符, 如果需要 ).

task_struct在linux的定义如下：
struct task_struct {    volatile long state;    /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */    struct thread_info *thread_info;    atomic_t usage;    unsigned long flags;    /* per process flags, defined below */    unsigned long ptrace;    int lock_depth;     /* Lock depth */    int prio, static_prio;    struct list_head run_list;    prio_array_t *array;    unsigned long sleep_avg;    long interactive_credit;    unsigned long long timestamp;    int activated;    unsigned long policy;    cpumask_t cpus_allowed;    unsigned int time_slice, first_time_slice;    struct list_head tasks;    /*    * ptrace_list/ptrace_children forms the list of my children    * that were stolen by a ptracer.    */    struct list_head ptrace_children;    struct list_head ptrace_list;    struct mm_struct *mm, *active_mm;/* task state */    struct linux_binfmt *binfmt;    int exit_code, exit_signal;    int pdeath_signal; /* The signal sent when the parent dies */    /* ??? */    unsigned long personality;    int did_exec:1;    pid_t pid;    pid_t tgid;    /*     * pointers to (original) parent process, youngest child, younger sibling,    * older sibling, respectively. (p->father can be replaced with     * p->parent->pid)    */    struct task_struct *real_parent; /* real parent process (when being debugged) */    struct task_struct *parent; /* parent process */    /*    * children/sibling forms the list of my children plus the    * tasks I'm ptracing.    */    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 */    /* PID/PID hash table linkage. */    struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];    wait_queue_head_t wait_chldexit;    /* for wait4() */    struct completion *vfork_done;      /* for vfork() */    int __user *set_child_tid;      /* CLONE_CHILD_SETTID */    int __user *clear_child_tid;        /* CLONE_CHILD_CLEARTID */    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_incr;    struct timer_list real_timer;    unsigned long utime, stime, cutime, cstime;    unsigned long nvcsw, nivcsw, cnvcsw, cnivcsw; /* context switch counts */    u64 start_time;/* mm fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific */    unsigned long min_flt, maj_flt, cmin_flt, cmaj_flt;/* process credentials */    uid_t uid,euid,suid,fsuid;    gid_t gid,egid,sgid,fsgid;    struct group_info *group_info;    kernel_cap_t   cap_effective, cap_inheritable, cap_permitted;    int keep_capabilities:1;    struct user_struct *user;/* limits */    struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];    unsigned short used_math;    char comm[16];/* file system info */    int link_count, total_link_count;/* ipc stuff */    struct sysv_sem sysvsem;/* CPU-specific state of this task */    struct thread_struct thread;/* filesystem information */    struct fs_struct *fs;/* open file information */    struct files_struct *files;/* namespace */    struct namespace *namespace;/* signal handlers */    struct signal_struct *signal;    struct sighand_struct *sighand;    sigset_t blocked, real_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;        void *security;    struct audit_context *audit_context;/* Thread group tracking */   u32 parent_exec_id;   u32 self_exec_id;/* Protection of (de-)allocation: mm, files, fs, tty */    spinlock_t alloc_lock;/* Protection of proc_dentry: nesting proc_lock, dcache_lock, write_lock_irq(&tasklist_lock); */    spinlock_t proc_lock;/* context-switch lock */    spinlock_t switch_lock;/* journalling filesystem info */    void *journal_info;/* VM state */    struct reclaim_state *reclaim_state;    struct dentry *proc_dentry;    struct backing_dev_info *backing_dev_info;    struct io_context *io_context;    unsigned long ptrace_message;    siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use. */#ifdef CONFIG_NUMAstruct mempolicy *mempolicy;short il_next;      /* could be shared with used_math */#endif};
1. 调度数据成员(1) volatile long states;表示进程的当前状态:? TASK_RUNNING:正在运行或在就绪队列run-queue中准备运行的进程，实际参与进程调度。? TASK_INTERRUPTIBLE:处于等待队列中的进程，待资源有效时唤醒，也可由其它进程通过信号(signal)或定时中断唤醒后进入就绪队列run-queue。? TASK_UNINTERRUPTIBLE:处于等待队列中的进程，待资源有效时唤醒，不可由其它进程通过信号(signal)或定时中断唤醒。? TASK_ZOMBIE:表示进程结束但尚未消亡的一种状态(僵死状态)。此时，进程已经结束运行且释放大部分资源，但尚未释放进程控制块。?TASK_STOPPED:进程被暂停，通过其它进程的信号才能唤醒。导致这种状态的原因有二，或者是对收到SIGSTOP、SIGSTP、SIGTTIN或SIGTTOU信号的反应，或者是受其它进程的ptrace系统调用的控制而暂时将CPU交给控制进程。? TASK_SWAPPING: 进程页面被交换出内存的进程。(2) unsigned long flags;进程标志:?PF_ALIGNWARN 打印“对齐”警告信息。?PF_PTRACED 被ptrace系统调用监控。?PF_TRACESYS 正在跟踪。?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_STARTING 进程正被创建。?PF_EXITING 进程开始关闭。?PF_USEDFPU 该进程使用FPU(SMP only)。?PF_DTRACE delayed trace (used on m68k)。(3) long priority;进程优先级。 Priority的值给出进程每次获取CPU后可使用的时间(按jiffies计)。优先级可通过系统调用sys_setpriorty改变(在kernel/sys.c中)。(4) unsigned long rt_priority;rt_priority 给出实时进程的优先级，rt_priority+1000给出进程每次获取CPU后可使用的时间(同样按jiffies计)。实时进程的优先级可通过系统 调用sys_sched_setscheduler()改变(见kernel/sched.c)。(5) long counter;在 轮转法调度时表示进程当前还可运行多久。在进程开始运行是被赋为priority的值，以后每隔一个tick(时钟中断)递减1，减到0时引起新一轮调 度。重新调度将从run_queue队列选出counter值最大的就绪进程并给予CPU使用权，因此counter起到了进程的动态优先级的作用 (priority则是静态优先级)。(6) unsigned long policy;该进程的进程调度策略，可以通过系统调用sys_sched_setscheduler()更改(见kernel/sched.c)。调度策略有:?SCHED_OTHER 0 非实时进程，基于优先权的轮转法(round robin)。?SCHED_FIFO 1 实时进程，用先进先出算法。?SCHED_RR 2 实时进程，用基于优先权的轮转法。2. 信号处理(1) unsigned long signal;进程接收到的信号。每位表示一种信号，共32种。置位有效。(2) unsigned long blocked;进程所能接受信号的位掩码。置位表示屏蔽，复位表示不屏蔽。(3) struct signal_struct *sig;因 为signal和blocked都是32位的变量，Linux最多只能接受32种信号。对每种信号，各进程可以由PCB的sig属性选择使用自定义的处理 函数，或是系统的缺省处理函数。指派各种信息处理函数的结构定义在include/linux/sched.h中。对信号的检查安排在系统调用结束后，以 及“慢速型”中断服务程序结束后(IRQ#_interrupt()，参见9。5节“启动内核”)。3. 进程队列指针(1) struct task_struct *next_task，*prev_task;所有进程(以PCB的形式)组成一个双向链表。next_task和就是链表的前后指针。链表的头和尾都是init_task(即0号进程)。(2) struct task_struct *next_run，*prev_run;由正在运行或是可以运行的，其进程状态均为TASK_RUNNING的进程所组成的一个双向循环链表，即run_queue就绪队列。该链表的前后向指针用next_run和prev_run，链表的头和尾都是init_task(即0号进程)。(3) struct task_struct *p_opptr，*p_pptr;和struct task_struct *p_cptr，*p_ysptr，*p_osptr;以上分别是指向原始父进程(original parent)、父进程(parent)、子进程(youngest child)及新老兄弟进程(younger sibling，older sibling)的指针。4. 进程标识(1) unsigned short uid，gid;uid和gid是运行进程的用户标识和用户组标识。(2) int groups[NGROUPS];与多数现代UNIX操作系统一样，Linux允许进程同时拥有一组用户组号。在进程访问文件时，这些组号可用于合法性检查。(3) unsigned short euid，egid;euid 和egid又称为有效的uid和gid。出于系统安全的权限的考虑，运行程序时要检查euid和egid的合法性。通常，uid等于euid，gid等于 egid。有时候，系统会赋予一般用户暂时拥有root的uid和gid(作为用户进程的euid和egid)，以便于进行运作。(4) unsigned short fsuid，fsgid;fsuid 和fsgid称为文件系统的uid和gid，用于文件系统操作时的合法性检查，是Linux独特的标识类型。它们一般分别和euid和egid一致，但在 NFS文件系统中NFS服务器需要作为一个特殊的进程访问文件，这时只修改客户进程的fsuid和fsgid。(5) unsigned short suid，sgid;suid和sgid是根据POSIX标准引入的，在系统调用改变uid和gid时，用于保留真正的uid和gid。(6) int pid，pgrp，session;进程标识号、进程的组织号及session标识号，相关系统调用(见程序kernel/sys.c)有sys_setpgid、sys_getpgid、sys_setpgrp、sys_getpgrp、sys_getsid及sys_setsid几种。(7) int leader;是否是session的主管，布尔量。5. 时间数据成员(1) unsigned long timeout;用于软件定时，指出进程间隔多久被重新唤醒。采用tick为单位。(2) unsigned long it_real_value，it_real_iner;用 于itimer(interval timer)软件定时。采用jiffies为单位，每个tick使it_real_value减到0时向进程发信号SIGALRM，并重新置初值。初值由 it_real_incr保存。具体代码见kernel/itimer.c中的函数it_real_fn()。(3) struct timer_list real_timer;一种定时器结构(Linux共有两种定时器结构，另一种称作old_timer)。数据结构的定义在include/linux/timer.h中，相关操作函数见kernel/sched.c中add_timer()和del_timer()等。(4) unsigned long it_virt_value，it_virt_incr;关 于进程用户态执行时间的itimer软件定时。采用jiffies为单位。进程在用户态运行时，每个tick使it_virt_value减1，减到0时 向进程发信号SIGVTALRM，并重新置初值。初值由it_virt_incr保存。具体代码见kernel/sched.c中的函数 do_it_virt()。(5) unsigned long it_prof_value，it_prof_incr;同样是 itimer软件定时。采用jiffies为单位。不管进程在用户态或内核态运行，每个tick使it_prof_value减1，减到0时向进程发信号 SIGPROF，并重新置初值。初值由it_prof_incr保存。 具体代码见kernel/sched.c中的函数do_it_prof。(6) long utime，stime，cutime，cstime，start_time;以上分别为进程在用户态的运行时间、进程在内核态的运行时间、所有层次子进程在用户态的运行时间总和、所有层次子进程在核心态的运行时间总和，以及创建该进程的时间。6. 信号量数据成员(1) struct sem_undo *semundo;进 程每操作一次信号量，都生成一个对此次操作的undo操作，它由sem_undo结构描述。这些属于同一进程的undo操作组成的链表就由semundo 属性指示。当进程异常终止时，系统会调用undo操作。sem_undo的成员semadj指向一个数据数组，表示各次undo的量。结构定义在 include/linux/sem.h。(2) struct sem_queue *semsleeping;每一信号量集合对应一 个sem_queue等待队列(见include/linux/sem.h)。进程因操作该信号量集合而阻塞时，它被挂到semsleeping指示的关 于该信号量集合的sem_queue队列。反过来，semsleeping。sleeper指向该进程的PCB。7. 进程上下文环境(1) struct desc_struct *ldt;进程关于CPU段式存储管理的局部描述符表的指针，用于仿真WINE Windows的程序。其他情况下取值NULL，进程的ldt就是arch/i386/traps.c定义的default_ldt。(2) struct thread_struct tss;任务状态段，其内容与INTEL CPU的TSS对应，如各种通用寄存器.CPU调度时，当前运行进程的TSS保存到PCB的tss，新选中进程的tss内容复制到CPU的TSS。结构定义在include/linux/tasks.h中。(3) unsigned long saved_kernel_stack;为MS-DOS的仿真程序(或叫系统调用vm86)保存的堆栈指针。(4) unsigned long kernel_stack_page;在内核态运行时，每个进程都有一个内核堆栈，其基地址就保存在kernel_stack_page中。8. 文件系统数据成员(1) struct fs_struct *fs;fs 保存了进程本身与VFS的关系消息，其中root指向根目录结点，pwd指向当前目录结点，umask给出新建文件的访问模式(可由系统调用umask更 改)，count是Linux保留的属性，如下页图所示。结构定义在include/linux/sched.h中。(2) struct files_struct *files;files包含了进程当前所打开的文件(struct file *fd[NR_OPEN])。在Linux中，一个进程最多只能同时打开NR_OPEN个文件。而且，前三项分别预先设置为标准输入、标准输出和出错消息输出文件。 (3) int link_count;文件链(link)的数目。9. 内存数据成员(1) struct mm_struct *mm;在linux 中，采用按需分页的策略解决进程的内存需求。task_struct的数据成员mm指向关于存储管理的mm_struct结构。其中包含了一个虚存队列 mmap，指向由若干vm_area_struct描述的虚存块。同时，为了加快访问速度，mm中的mmap_avl维护了一个AVL树。在树中，所有的 vm_area_struct虚存块均由左指针指向相邻的低虚存块，右指针指向相邻的高虚存块。 结构定义在include/linux/sched.h中。10. 页面管理(1) int swappable:1;进程占用的内存页面是否可换出。swappable为1表示可换出。对该标志的复位和置位均在do_fork()函数中执行(见kerenl/fork.c)。(2) unsigned long swap_address;虚存地址比swap_address低的进程页面，以前已经换出或已换出过，进程下一次可换出的页面自swap_address开始。参见swap_out_process()和swap_out_pmd()(见mm/vmscan.c)。(3) unsigned long min_flt，maj_flt;该 进程累计的minor缺页次数和major缺页次数。maj_flt基本与min_flt相同，但计数的范围比后者广(参见fs/buffer.c和 mm/page_alloc.c)。min_flt只在do_no_page()、do_wp_page()里(见mm/memory.c)计数新增的可 以写操作的页面。(4) unsigned long nswap;该进程累计换出的页面数。(5) unsigned long cmin_flt，cmaj_flt，cnswap;以本进程作为祖先的所有层次子进程的累计换入页面、换出页面计数。(6) unsigned long old_maj_flt，dec_flt;(7) unsigned long swap_cnt;下一次信号最多可换出的页数。11. 支持对称多处理器方式(SMP)时的数据成员(1) int processor;进程正在使用的CPU。(2) int last_processor;进程最后一次使用的CPU。(3) int lock_depth;上下文切换时系统内核锁的深度。12. 其它数据成员(1) unsigned short used_math;是否使用FPU。(2) char comm[16];进程正在运行的可执行文件的文件名。(3) struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];结 构rlimit用于资源管理，定义在linux/include/linux/resource.h中，成员共有两项:rlim_cur是资源的当前最大 数目;rlim_max是资源可有的最大数目。在i386环境中，受控资源共有RLIM_NLIMITS项，即10项，定义在 linux/include/asm/resource.h中，见下表:(4) int errno;最后一次出错的系统调用的错误号，0表示无错误。系统调用返回时，全程量也拥有该错误号。(5) long debugreg[8];保存INTEL CPU调试寄存器的值，在ptrace系统调用中使用。(6) struct exec_domain *exec_domain;Linux可以运行由80386平台其它UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序。关于此类程序与Linux程序差异的消息就由exec_domain结构保存。(7) unsigned long personality;Linux 可以运行由80386平台其它UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序。 Personality进一步描述进程执行的程序属于何种UNIX平台的“个性”信息。通常有PER_Linux、PER_Linux_32BIT、 PER_Linux_EM86、PER_SVR3、PER_SCOSVR3、PER_WYSEV386、PER_ISCR4、PER_BSD、 PER_XENIX和PER_MASK等，参见include/linux/personality.h。(8) struct linux_binfmt *binfmt;指向进程所属的全局执行文件格式结构，共有a。out、script、elf和java等四种。结构定义在include/linux/binfmts.h中(core_dump、load_shlib(fd)、load_binary、use_count)。(9) int exit_code，exit_signal;引起进程退出的返回代码exit_code，引起错误的信号名exit_signal。(10) int dumpable:1;布尔量，表示出错时是否可以进行memory dump。(11) int did_exec:1;按POSIX要求设计的布尔量，区分进程是正在执行老程序代码，还是在执行execve装入的新代码。(12) int tty_old_pgrp;进程显示终端所在的组标识。(13) struct tty_struct *tty;指向进程所在的显示终端的信息。如果进程不需要显示终端，如0号进程，则该指针为空。结构定义在include/linux/tty.h中。(14) struct wait_queue *wait_chldexit;在进程结束时，或发出系统调用wait4后，为了等待子进程的结束，而将自己(父进程)睡眠在该队列上。结构定义在include/linux/wait.h中。13. 进程队列的全局变量(1) current;当前正在运行的进程的指针，在SMP中则指向CPU组中正被调度的CPU的当前进程:#define current(0+current_set[smp_processor_id()])/*sched.h*/struct task_struct *current_set[NR_CPUS];(2) struct task_struct init_task;即0号进程的PCB，是进程的“根”，始终保持初值INIT_TASK。(3) struct task_struct *task[NR_TASKS];进 程队列数组，规定系统可同时运行的最大进程数(见kernel/sched.c)。NR_TASKS定义在include/linux/tasks.h 中，值为512。每个进程占一个数组元素(元素的下标不一定就是进程的pid)，task[0]必须指向init_task(0号进程)。可以通过 task[]数组遍历所有进程的PCB。但Linux也提供一个宏定义for_each_task()(见 include/linux/sched.h)，它通过next_task遍历所有进程的PCB:#define for_each_task(p) \for(p=&init_task;(p=p->next_task)!=&init_task;)(4) unsigned long volatile jiffies;Linux的基准时间(见kernal/sched.c)。系统初始化时清0，以后每隔10ms由时钟中断服务程序do_timer()增1。(5) int need_resched;重新调度标志位(见kernal/sched.c)。当需要Linux调度时置位。在系统调用返回前(或者其它情形下)，判断该标志是否置位。置位的话，马上调用schedule进行CPU调度。(6) unsigned long intr_count;记 录中断服务程序的嵌套层数(见kernal/softirq.c)。正常运行时，intr_count为0。当处理硬件中断、执行任务队列中的任务或者执 行bottom half队列中的任务时，intr_count非0。这时，内核禁止某些操作，例如不允许重新调度。