Linux下进程管理之task_struct结构体
来源:互联网 发布:淘宝上买到假药怎么办 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 04:56
**进程是处于执行期的程序以及它所管理的资源(如打开的文件、挂起的信号、进程状态、地址空间等等)的总称。注意,程序并不是进程,实际上两个或多个进程不仅有可能执行同一程序,而且还有可能共享地址空间等资源。**Linux内核通过一个被称为进程描述符的task_struct结构体来管理进程,这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在linux-2.6.38.8/include/linux/sched.h文件中。 就task_struct结构体所有成员的用法进行简要说明。
1.进程状态
volatile long state; int exit_state;
state成员的可能取值如下:
#define TASK_RUNNING 0 #define TASK_INTERRUPTIBLE 1 #define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 #define __TASK_STOPPED 4 #define __TASK_TRACED 8 /* in tsk->exit_state */ #define EXIT_ZOMBIE 16 #define EXIT_DEAD 32 /* in tsk->state again */ #define TASK_DEAD 64 #define TASK_WAKEKILL 128 #define TASK_WAKING 256
TASK_RUNNING表示进程要么正在执行,要么正要准备执行。TASK_UNINTERRUPTIBLE的意义与TASK_INTERRUPTIBLE类似,除了不能通过接受一个信号来唤醒以外。__TASK_STOPPED表示进程被停止执行。EXIT_ZOMBIE表示进程的执行被终止,但是其父进程还没有使用wait()等系统调用来获知它的终止信息。EXIT_DEAD表示进程的最终状态。
2、进程标识符(PID)
pid_t pid; pid_t tgid;
在CONFIG_BASE_SMALL配置为0的情况下,PID的取值范围是0到32767,即系统中的进程数最大为32768个。
3、进程内核栈
void *stack;
进程通过alloc_thread_info函数分配它的内核栈,通过free_thread_info函数释放所分配的内核栈。
/* linux-2.6.38.8/kernel/fork.c */ static inline struct thread_info *alloc_thread_info(struct task_struct *tsk) { #ifdef CONFIG_DEBUG_STACK_USAGE gfp_t mask = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO; #else gfp_t mask = GFP_KERNEL; #endif return (struct thread_info *)__get_free_pages(mask, THREAD_SIZE_ORDER); } static inline void free_thread_info(struct thread_info *ti) { free_pages((unsigned long)ti, THREAD_SIZE_ORDER); }
4、标记
unsigned int flags; /* per process flags, defined below */
flags成员的可能取值如下:
#define PF_KSOFTIRQD 0x00000001 /* I am ksoftirqd */ #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_WQ_WORKER 0x00000020 /* I'm a workqueue worker */ #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_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 freezable */ #define PF_FREEZER_NOSIG 0x80000000 /* Freezer won't send signals to it */
5、表示进程亲属关系的成员
struct task_struct *real_parent; /* real parent process */ struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */ 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 */
在Linux系统中,所有进程之间都有着直接或间接地联系,每个进程都有其父进程,也可能有零个或多个子进程。拥有同一父进程的所有进程具有兄弟关系。
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。
sibling用于把当前进程插入到兄弟链表中。
group_leader指向其所在进程组的领头进程。
6、进程调度
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; cpumask_t cpus_allowed; 实时优先级范围是0到MAX_RT_PRIO-1(即99),而普通进程的静态优先级范围是从MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1(即100到139)。值越大静态优先级越低。 [cpp] view plaincopy
/* linux-2.6.38.8/include/linux/sched.h */ #define MAX_USER_RT_PRIO 100 #define MAX_RT_PRIO MAX_USER_RT_PRIO #define MAX_PRIO (MAX_RT_PRIO + 40) #define DEFAULT_PRIO (MAX_RT_PRIO + 20)
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 #define SCHED_FIFO 1 #define SCHED_RR 2 #define SCHED_BATCH 3 /* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */ #define SCHED_IDLE 5
SCHED_NORMAL用于普通进程,通过CFS调度器实现。SCHED_BATCH用于非交互的处理器消耗型进程。SCHED_IDLE是在系统负载很低时使用。
SCHED_FIFO(先入先出调度算法)和SCHED_RR(轮流调度算法)都是实时调度策略。
sched_class结构体表示调度类,目前内核中有实现以下四种:
/* linux-2.6.38.8/kernel/sched_fair.c */ static const struct sched_class fair_sched_class; /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_rt.c */ static const struct sched_class rt_sched_class; /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_idletask.c */ static const struct sched_class idle_sched_class; /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_stoptask.c */ static const struct sched_class stop_sched_class;
se和rt都是调用实体,一个用于普通进程,一个用于实时进程,每个进程都有其中之一的实体。
cpus_allowed用于控制进程可以在哪里处理器上运行。
7、进程地址空间
struct mm_struct *mm, *active_mm; #ifdef CONFIG_COMPAT_BRK unsigned brk_randomized:1; #endif #if defined(SPLIT_RSS_COUNTING) struct task_rss_stat rss_stat; #endif
mm指向进程所拥有的内存描述符,而active_mm指向进程运行时所使用的内存描述符。对于普通进程而言,这两个指针变量的值相同。但是,内核线程不拥有任何内存描述符,所以它们的mm成员总是为NULL。当内核线程得以运行时,它的active_mm成员被初始化为前一个运行进程的active_mm值。
brk_randomized的用法在http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/1104.1/00196.html上有介绍,用来确定对随机堆内存的探测。
rss_stat用来记录缓冲信息。
8、判断标志
int exit_code, exit_signal; int pdeath_signal; /* The signal sent when the parent dies */ /* ??? */ unsigned int personality; unsigned did_exec:1; unsigned in_execve:1; /* Tell the LSMs that the process is doing an * execve */ unsigned in_iowait:1; /* Revert to default priority/policy when forking */ unsigned sched_reset_on_fork:1;
exit_code用于设置进程的终止代号,这个值要么是_exit()或exit_group()系统调用参数(正常终止),要么是由内核提供的一个错误代号(异常终止)。
exit_signal被置为-1时表示是某个线程组中的一员。只有当线程组的最后一个成员终止时,才会产生一个信号,以通知线程组的领头进程的父进程。
pdeath_signal用于判断父进程终止时发送信号。
personality用于处理不同的ABI,它的可能取值如下:
enum { PER_LINUX = 0x0000, PER_LINUX_32BIT = 0x0000 | ADDR_LIMIT_32BIT, PER_LINUX_FDPIC = 0x0000 | FDPIC_FUNCPTRS, PER_SVR4 = 0x0001 | STICKY_TIMEOUTS | MMAP_PAGE_ZERO, PER_SVR3 = 0x0002 | STICKY_TIMEOUTS | SHORT_INODE, PER_SCOSVR3 = 0x0003 | STICKY_TIMEOUTS | WHOLE_SECONDS | SHORT_INODE, PER_OSR5 = 0x0003 | STICKY_TIMEOUTS | WHOLE_SECONDS, PER_WYSEV386 = 0x0004 | STICKY_TIMEOUTS | SHORT_INODE, PER_ISCR4 = 0x0005 | STICKY_TIMEOUTS, PER_BSD = 0x0006, PER_SUNOS = 0x0006 | STICKY_TIMEOUTS, PER_XENIX = 0x0007 | STICKY_TIMEOUTS | SHORT_INODE, PER_LINUX32 = 0x0008, PER_LINUX32_3GB = 0x0008 | ADDR_LIMIT_3GB, PER_IRIX32 = 0x0009 | STICKY_TIMEOUTS,/* IRIX5 32-bit */ PER_IRIXN32 = 0x000a | STICKY_TIMEOUTS,/* IRIX6 new 32-bit */ PER_IRIX64 = 0x000b | STICKY_TIMEOUTS,/* IRIX6 64-bit */ PER_RISCOS = 0x000c, PER_SOLARIS = 0x000d | STICKY_TIMEOUTS, PER_UW7 = 0x000e | STICKY_TIMEOUTS | MMAP_PAGE_ZERO, PER_OSF4 = 0x000f, /* OSF/1 v4 */ PER_HPUX = 0x0010, PER_MASK = 0x00ff, };
did_exec用于记录进程代码是否被execve()函数所执行。
in_execve用于通知LSM是否被do_execve()函数所调用。详见补丁说明:http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/0901.1/00014.html。
in_iowait用于判断是否进行iowait计数。
sched_reset_on_fork用于判断是否恢复默认的优先级或调度策略。
9、时间
cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled; cputime_t gtime; #ifndef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING cputime_t prev_utime, prev_stime; #endif unsigned long nvcsw, nivcsw; /* context switch counts */ struct timespec start_time; /* monotonic time */ struct timespec real_start_time; /* boot based time */ struct task_cputime cputime_expires; struct list_head cpu_timers[3]; #ifdef CONFIG_DETECT_HUNG_TASK /* hung task detection */ unsigned long last_switch_count; #endif
utime/stime用于记录进程在用户态/内核态下所经过的节拍数(定时器)。prev_utime/prev_stime是先前的运行时间,请参考补丁说明http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/1003.3/02431.html。
utimescaled/stimescaled也是用于记录进程在用户态/内核态的运行时间,但它们以处理器的频率为刻度。
gtime是以节拍计数的虚拟机运行时间(guest time)。
nvcsw/nivcsw是自愿(voluntary)/非自愿(involuntary)上下文切换计数。last_switch_count是nvcsw和nivcsw的总和。
start_time和real_start_time都是进程创建时间,real_start_time还包含了进程睡眠时间,常用于/proc/pid/stat,补丁说明请参考http://lkml.indiana.edu/hypermail/linux/kernel/0705.0/2094.html。
cputime_expires用来统计进程或进程组被跟踪的处理器时间,其中的三个成员对应着cpu_timers[3]的三个链表
10、信号处理
/* signal handlers */ struct signal_struct *signal; struct sighand_struct *sighand; sigset_t blocked, real_blocked; sigset_t saved_sigmask; /* restored if set_restore_sigmask() was used */ struct sigpending pending; unsigned long sas_ss_sp; size_t sas_ss_size; int (*notifier)(void *priv); void *notifier_data; sigset_t *notifier_mask;
signal指向进程的信号描述符。
sighand指向进程的信号处理程序描述符。
blocked表示被阻塞信号的掩码,real_blocked表示临时掩码。
pending存放私有挂起信号的数据结构。
sas_ss_sp是信号处理程序备用堆栈的地址,sas_ss_size表示堆栈的大小。
设备驱动程序常用notifier指向的函数来阻塞进程的某些信号(notifier_mask是这些信号的位掩码),notifier_data指的是notifier所指向的函数可能使用的数据。
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