Linux内核分析：实验六

分析linux内核创建一个新进程的过程

杨鹏伟原创作品转载请注明出处《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

1.  进程的创建过程

在linux系统中，使i用 fork，vfork 和 clone 都可以创建新的进程，在表面看起来它们是不一样的，但实际上它们都调用do_fork函数来实现这个功能;但仔细分析来它们还是有一点点小区别的：（from：http://blog.csdn.net/abclixu123/article/details/8288292）

vfork和fork创建子进程的区别：    fork: 子进程拷贝父进程的数据段    vfork: 子进程与父进程共享数据段<span style="font-family:sans-serif;">   </span> fork: 父、子进程的执行次序不确定    vfork: 子进程先运行，父进程后运行

fork与exec函数族的区别就在于：fork创建一个新的进程，产生一个新的PID，exec启动一个新程序，替换原有的进程，因此进程的PID不会改变。

下面我们就详细看看这三个函数的调用方法：

SYSCALL_DEFINE0(fork) {   return do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL);}SYSCALL_DEFINE0(vfork){   return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL);} SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,                 int __user *, parent_tidptr, int __user *, child_tidptr, int, tls_val){  return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);}

从用户态的代码看fork();函数返回了两次，即在父子进程中各返回一次，父进程从系统调用中返回比较容易理解，子进程从系统调用中返回，那它在系统调用处理过程中的哪里开始执行的呢？这就涉及子进程的内核堆栈数据状态和task_struct中thread记录的sp和ip的一致性问题，这是 在哪里设定的？copy_thread in copy_process。

*childregs = *current_pt_regs(); //复制内核堆栈childregs->ax = 0; //为什么子进程的fork返回0，这里就是原因！  p->thread.sp = (unsigned long) childregs; //调度到子进程时的内核栈顶p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork; //调度到子进程时的第一条指令地址

二、分析fork函数对应的内核处理过程sys_clone，理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构

fork、vfork和clone三个系统调用都可以创建一个新进程，而且都是通过调用do_fork来实现进程的创建，函数在/linux-3.18.6/kernel/fork.c中，代码如下：

1618 *  Ok, this is the main fork-routine.1619 *1620 * It copies the process, and if successful kick-starts1621 * it and waits for it to finish using the VM if required.1622 */1623long do_fork(unsigned long clone_flags,1624          unsigned long stack_start,1625          unsigned long stack_size,1626          int __user *parent_tidptr,1627          int __user *child_tidptr)1628{1629    struct task_struct *p;1630    int trace = 0;1631    long nr;16321633    /*1634     * Determine whether and which event to report to ptracer.  When1635     * called from kernel_thread or CLONE_UNTRACED is explicitly1636     * requested, no event is reported; otherwise, report if the event1637     * for the type of forking is enabled.1638     */1639    if (!(clone_flags & CLONE_UNTRACED)) {1640        if (clone_flags & CLONE_VFORK)1641            trace = PTRACE_EVENT_VFORK;1642        else if ((clone_flags & CSIGNAL) != SIGCHLD)1643            trace = PTRACE_EVENT_CLONE;1644        else1645            trace = PTRACE_EVENT_FORK;16461647        if (likely(!ptrace_event_enabled(current, trace)))1648            trace = 0;1649    }16501651    p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,1652             child_tidptr, NULL, trace);1653    /*1654     * Do this prior waking up the new thread - the thread pointer1655     * might get invalid after that point, if the thread exits quickly.1656     */1657    if (!IS_ERR(p)) {1658        struct completion vfork;1659        struct pid *pid;16601661        trace_sched_process_fork(current, p);16621663        pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID);1664        nr = pid_vnr(pid);16651666        if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID)1667            put_user(nr, parent_tidptr);16681669        if (clone_flags & CLONE_VFORK) {1670            p->vfork_done = &vfork;1671            init_completion(&vfork);1672            get_task_struct(p);1673        }16741675        wake_up_new_task(p);16761677        /* forking complete and child started to run, tell ptracer */1678        if (unlikely(trace))1679            ptrace_event_pid(trace, pid);16801681        if (clone_flags & CLONE_VFORK) {1682            if (!wait_for_vfork_done(p, &vfork))1683                ptrace_event_pid(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE, pid);1684        }16851686        put_pid(pid);1687    } else {1688        nr = PTR_ERR(p);1689    }1690    return nr;1691}

上段代码先定义一个task_sturct结构指针，再用copy_process函数复制一个进程,故而真正的复制过程在copy_process函数中,该函数主要执行内容为：

struct task_struct *p;retval = security_task_create(clone_flags);p = dup_task_struct(current);retval = sched_fork(clone_flags, p);retval = copy_files(clone_flags, p);retval = copy_fs(clone_flags, p);retval = copy_sighand(clone_flags, p);retval = copy_signal(clone_flags, p);retval = copy_mm(clone_flags, p);retval = copy_io(clone_flags, p);retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p);

/linux-3.18.6/arch/x86/kernel/process_32.c的copy_thread函数中

    p->thread.sp = (unsigned long) childregs;    p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;    childregs->ax = 0;        fork子进程返回为0

决定了子进程从系统调用中返回后的执行.ret_from_fork决定了新进程的第一条指令地址。p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;将子进程的ip设置为ret_from_fork的首地址，子进程从ret_from_fork开始。

三. 使用gdb调试：

在调试前，我们可以看到如下信息