task_struct

       我们知道都知道进程是一个正在执行的程序，而进程只是程序的一个实例。从linux的内核的角度来讲进程就是分配系统资源的一个单位，当一个程序被加载到内存的时候并为它分配一个PCB就成为进程。task_struct就是一个进程描述符，操作系统通过task_struct来感知进程的存在。

       在linux中每一个进程都由task_struct数据结构来定义，task_struct就是我们常说的PCB是对进程进行控制的唯一的手段，当我们去调用fork()函数的时候系统会给我们产生一个task_struct结构。从父进程哪里会继承一些数据，然后把新的数据插入到进程树中去进行调度，所以了解task_struct的结构是我们模拟了解任务调度的关键。

       task_struct是linux内核的一种数据结构，它会被装载到ram里面包含进程的信息，每个进程都会把它的信息摆好到RAM里面去。task_struct会包含一下的信息：

标识符：描述本进程的唯一的标识符，用来和其他进程做一个区分。

状态：任务状态，退出代码，退出信号。

优先级：相对于其他进程的优先级。

程序计数器：程序中执行下一条指令的地址。

内存指针：包含程序代码和进程相关信号的指针，还有其他进程共享的内存块的指针。

上下文数据：程序执行时处理器中的寄存器只能够的指针。

I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配给进程的I/O设备。

记账信息：可能包括处理器的时间总和、使用的时钟总数、时间限制、记账号。

1、调度数据成员

          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。
　　 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)。
　　 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)。
　　 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)。
　　 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)。
　　 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

        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。
　　 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。
　　 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。

3、进程队列指针

        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)。
　　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)。
　　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

         unsigned short uid，gid;uid和gid是运行进程的用户标识和用户组标识。
　　 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。
　　 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。
　　 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。
　　 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。
　　 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。
　　 int leader;    是否是session的主管，布尔量。

5、时间数据成员

 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。
　　 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()。
　　 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。
　　 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()。
　　 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。
　　 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

 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。
　　 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

 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。
　　 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。
　　 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。
　　 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

 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。
　　 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。
　　 int link_count;   文件链(link)的数目。

9、内存数据成员

 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

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)。
　　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)。
　　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。
　　unsigned long nswap;
　　该进程累计换出的页面数。
　　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。
　　unsigned long old_maj_flt，dec_flt;
　　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（SMP）时的数据成员

 int processor;进程正在使用的CPU。
int last_processor;进程最后一次使用的CPU。
　　 int lock_depth; 上下文切换时系统内核锁的深度。

12、其他数据成员

 unsigned short used_math;是否使用FPU。
　　 char comm[16]; 进程正在运行的可执行文件的文件名。
　　 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:
　　 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。
　　 long debugreg[8];
　　保存INTEL CPU调试寄存器的值，在ptrace系统调用中使用。
　　 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。
　　 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。
　　 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)。
　　 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。
　　 int dumpable:1; 布尔量，表示出错时是否可以进行memory dump。
　　 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。
　　 int tty_old_pgrp; 进程显示终端所在的组标识。
　　 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。
　　 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

 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];
　　 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。
　　 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;)
　　 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。
　　 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。
　　 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。