内核栈 thread_onfo task_struct 三者之间的关系

进程描述符的处理

对于每一个进程而言，内核为其单独分配了一个内存区域，这个区域存储的是内核栈和该进程所对应的一个小型进程描述符——thread_info结构。

01structthread_info {

02    structtask_struct  *task;      /* main task structure */

03    structexec_domain  *exec_domain;  /* execution domain */

04    unsignedlong       flags;      /* low level flags */

05    unsignedlong       status;     /* thread-synchronous flags */

06    __u32           cpu;       /* current CPU */

07    __s32           preempt_count;/* 0 => preemptable, <0 => BUG */

08    mm_segment_t        addr_limit;

09    structrestart_block    restart_block;

10    unsignedlong           previous_esp;

11    __u8            supervisor_stack[0];

12};

之所以将thread_info结构称之为小型的进程描述符，是因为在这个结构中并没有直接包含与进程相关的字段，而是通过task字段指向具体某个进程描述符。通常这块内存区域的大小是8KB，也就是两个页的大小（有时候也使用一个页来存储，即4KB）。一个进程的内核栈和thread_info结构之间的逻辑关系如下图所示：

从上图可知，内核栈是从该内存区域的顶层向下（从高地址到低地址）增长的，而thread_info结构则是从该区域的开始处向上（从低地址到高地址）增长。内核栈的栈顶地址存储在esp寄存器中。所以，当进程从用户态切换到内核态后，esp寄存器指向这个区域的末端。

从代码的角度来看，内核栈和thread_info结构是被定义在一个联合体当中的：

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1//定义在linux/include/linux/sched.h中

2unionthread_union {

3        structthread_info thread_info;

4        unsignedlong stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];

5};

其中，THREAD_SIZE的值取8192时，stack数组的大小为2048；THREAD_SIZE的值取4096时，stack数组的大小为1024。现在我们应该思考，为何要将内核栈和thread_info（其实也就相当于task_struct，只不过使用thread_info结构更节省空间）紧密的放在一起？最主要的原因就是内核可以很容易的通过esp寄存器的值获得当前正在运行进程的thread_info结构的地址，进而获得当前进程描述符的地址。

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1//定义在/linux/include/asm-i386/thread_info.h中

2  staticinlinestructthread_info *current_thread_info(void)

3  {

4          structthread_info *ti;

5          __asm__("andl %%esp,%0; ":"=r"(ti) : "0"(~(THREAD_SIZE - 1)));

6          returnti;

7  }

这条内联汇编语句会屏蔽掉esp寄存器中的内核栈顶地址的低13位（或12位，当THREAD_SIZE为4096时）。此时ti所指的地址就是这片内存区域的起始地址，也就刚好是thread_info结构的地址。但是，thread_info结构的地址并不会对我们直接有用。我们通常可以轻松的通过current宏获得当前进程的task_struct结构，这个宏是如何实现的？

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1//定义在linux/include/asm-i386/current.h中

2   staticinlinestructtask_struct * get_current(void)

3   {

4          returncurrent_thread_info()->task;

5  }

6  #define current get_current()

通过上述源码可以发现，current宏返回的是thread_info结构task字段。而task正好指向与thread_info结构关联的那个进程描述符。得到current后，我们就可以获得当前正在运行进程的描述符中任何一个字段了，比如我们通常所做的：current->pid。