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task_struct结构体

来源：互联网 发布：对万方数据库的评价 编辑：程序博客网 时间：2024/05/22 14:18

文章转载至[http://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7292563](http://blog.csdn.net/npy_lp/article/details/7292563)

    内核源码：linux-2.6.38.8.tar.bz2

    目标平台：ARM体系结构

 

    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。

    本文将尽力就task_struct结构体所有成员的用法进行简要说明。

    1、进程状态 

[cpp] view plain copy
print?
  1. volatile long state;  
  2. int exit_state;  
   volatile long state;    int exit_state;

    state成员的可能取值如下： 

[cpp] view plain copy
print?
  1. #define TASK_RUNNING        0  
  2. #define TASK_INTERRUPTIBLE  1  
  3. #define TASK_UNINTERRUPTIBLE    2  
  4. #define __TASK_STOPPED      4  
  5. #define __TASK_TRACED       8  
  6. /* in tsk->exit_state */  
  7. #define EXIT_ZOMBIE     16  
  8. #define EXIT_DEAD       32  
  9. /* in tsk->state again */  
  10. #define TASK_DEAD       64  
  11. #define TASK_WAKEKILL       128  
  12. #define TASK_WAKING     256  
#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

    系统中的每个进程都必然处于以上所列进程状态中的一种。

    TASK_RUNNING表示进程要么正在执行，要么正要准备执行。

    TASK_INTERRUPTIBLE表示进程被阻塞（睡眠），直到某个条件变为真。条件一旦达成，进程的状态就被设置为TASK_RUNNING。

    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。

    __TASK_TRACED表示进程被debugger等进程监视。

    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。

    EXIT_ZOMBIE和EXIT_DEAD也可以存放在exit_state成员中。进程状态的切换过程和原因大致如下图（图片来自《Linux Kernel Development》）：

 

    2、进程标识符（PID） 

[cpp] view plain copy
print?
  1. pid_t pid;  
  2. pid_t tgid;  
    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。 

[cpp] view plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/threads.h */  
  2. #define PID_MAX_DEFAULT (CONFIG_BASE_SMALL ? 0x1000 : 0x8000)  
/* linux-2.6.38.8/include/linux/threads.h */
#define PID_MAX_DEFAULT (CONFIG_BASE_SMALL ? 0x1000 : 0x8000)

    在Linux系统中，一个线程组中的所有线程使用和该线程组的领头线程（该组中的第一个轻量级进程）相同的PID，并被存放在tgid成员中。只有线程组的领头线程的pid成员才会被设置为与tgid相同的值。注意，getpid()系统调用返回的是当前进程的tgid值而不是pid值。

    3、进程内核栈 

[cpp] view plain copy
print?
  1. void *stack;  
  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。 

[cpp] view plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/kernel/fork.c */   
  2. static inline struct thread_info *alloc_thread_info(struct task_struct *tsk)  
  3. {  
  4. #ifdef CONFIG_DEBUG_STACK_USAGE  
  5.     gfp_t mask = GFP_KERNEL | __GFP_ZERO;  
  6. #else  
  7.     gfp_t mask = GFP_KERNEL;  
  8. #endif  
  9.     return (struct thread_info *)__get_free_pages(mask, THREAD_SIZE_ORDER);  
  10. }  
  11. static inline void free_thread_info(struct thread_info *ti)  
  12. {  
  13.     free_pages((unsigned long)ti, THREAD_SIZE_ORDER);  
  14. }  
/* 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);}

    其中，THREAD_SIZE_ORDER宏在linux-2.6.38.8/arch/arm/include/asm/thread_info.h文件中被定义为1，也就是说alloc_thread_info函数通过调用__get_free_pages函数分配2个页的内存（它的首地址是8192字节对齐的）。

    Linux内核通过thread_union联合体来表示进程的内核栈，其中THREAD_SIZE宏的大小为8192。 

[cpp] view plain copy
print?
  1. union thread_union {  
  2.     struct thread_info thread_info;  
  3.     unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];  
  4. };  
union thread_union {    struct thread_info thread_info;    unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];};

    当进程从用户态切换到内核态时，进程的内核栈总是空的，所以ARM的sp寄存器指向这个栈的顶端。因此，内核能够轻易地通过sp寄存器获得当前正在CPU上运行的进程。 

[cpp] view plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/arch/arm/include/asm/current.h */  
  2. static inline struct task_struct *get_current(void)  
  3. {  
  4.     return current_thread_info()->task;  
  5. }  
  6.   
  7. #define current (get_current())  
  8.   
  9. /* linux-2.6.38.8/arch/arm/include/asm/thread_info.h */   
  10. static inline struct thread_info *current_thread_info(void)  
  11. {  
  12.     register unsigned long sp asm (“sp”);  
  13.     return (struct thread_info *)(sp & ~(THREAD_SIZE - 1));  
  14. }  
/* linux-2.6.38.8/arch/arm/include/asm/current.h */static inline struct task_struct *get_current(void){    return current_thread_info()->task;}
#define current (get_current())/* linux-2.6.38.8/arch/arm/include/asm/thread_info.h */ static inline struct thread_info *current_thread_info(void){ register unsigned long sp asm ("sp"); return (struct thread_info *)(sp & ~(THREAD_SIZE - 1));}

    进程内核栈与进程描述符的关系如下图：

 

    4、标记 

[cpp] view plain copy
print?
  1. unsigned int flags; /* per process flags, defined below */  
   unsigned int flags; /* per process flags, defined below */

    flags成员的可能取值如下： 

[cpp] view plain copy
print?
  1. #define PF_KSOFTIRQD    0x00000001  /* I am ksoftirqd */  
  2. #define PF_STARTING 0x00000002  /* being created */  
  3. #define PF_EXITING  0x00000004  /* getting shut down */  
  4. #define PF_EXITPIDONE   0x00000008  /* pi exit done on shut down */  
  5. #define PF_VCPU     0x00000010  /* I’m a virtual CPU */  
  6. #define PF_WQ_WORKER    0x00000020  /* I’m a workqueue worker */  
  7. #define PF_FORKNOEXEC   0x00000040  /* forked but didn’t exec */  
  8. #define PF_MCE_PROCESS  0x00000080      /* process policy on mce errors */  
  9. #define PF_SUPERPRIV    0x00000100  /* used super-user privileges */  
  10. #define PF_DUMPCORE 0x00000200  /* dumped core */  
  11. #define PF_SIGNALED 0x00000400  /* killed by a signal */  
  12. #define PF_MEMALLOC 0x00000800  /* Allocating memory */  
  13. #define PF_USED_MATH    0x00002000  /* if unset the fpu must be initialized before use */  
  14. #define PF_FREEZING 0x00004000  /* freeze in progress. do not account to load */  
  15. #define PF_NOFREEZE 0x00008000  /* this thread should not be frozen */  
  16. #define PF_FROZEN   0x00010000  /* frozen for system suspend */  
  17. #define PF_FSTRANS  0x00020000  /* inside a filesystem transaction */  
  18. #define PF_KSWAPD   0x00040000  /* I am kswapd */  
  19. #define PF_OOM_ORIGIN   0x00080000  /* Allocating much memory to others */  
  20. #define PF_LESS_THROTTLE 0x00100000 /* Throttle me less: I clean memory */  
  21. #define PF_KTHREAD  0x00200000  /* I am a kernel thread */  
  22. #define PF_RANDOMIZE    0x00400000  /* randomize virtual address space */  
  23. #define PF_SWAPWRITE    0x00800000  /* Allowed to write to swap */  
  24. #define PF_SPREAD_PAGE  0x01000000  /* Spread page cache over cpuset */  
  25. #define PF_SPREAD_SLAB  0x02000000  /* Spread some slab caches over cpuset */  
  26. #define PF_THREAD_BOUND 0x04000000  /* Thread bound to specific cpu */  
  27. #define PF_MCE_EARLY    0x08000000      /* Early kill for mce process policy */  
  28. #define PF_MEMPOLICY    0x10000000  /* Non-default NUMA mempolicy */  
  29. #define PF_MUTEX_TESTER 0x20000000  /* Thread belongs to the rt mutex tester */  
  30. #define PF_FREEZER_SKIP 0x40000000  /* Freezer should not count it as freezable */  
  31. #define PF_FREEZER_NOSIG 0x80000000 /* Freezer won’t send signals to it */  
#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 

[cpp] view plain copy
print?
  1. struct task_struct *real_parent; /* real parent process */  
  2. struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */  
  3. struct list_head children;  /* list of my children */  
  4. struct list_head sibling;   /* linkage in my parent’s children list */  
  5. struct task_struct *group_leader;   /* threadgroup leader */  
   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、ptrace系统调用 

[cpp] view plain copy
print?
  1. unsigned int ptrace;  
  2. struct list_head ptraced;  
  3. struct list_head ptrace_entry;  
  4. unsigned long ptrace_message;  
  5. siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use.  */  
  6. ifdef CONFIG_HAVE_HW_BREAKPOINT  
  7. atomic_t ptrace_bp_refcnt;  
  8. endif  
   unsigned int ptrace;    struct list_head ptraced;    struct list_head ptrace_entry;    unsigned long ptrace_message;    siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use.  */
#ifdef CONFIG_HAVE_HW_BREAKPOINT atomic_t ptrace_bp_refcnt;#endif

    成员ptrace被设置为0时表示不需要被跟踪，它的可能取值如下： 

[cpp] view plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/ptrace.h */  
  2. #define PT_PTRACED  0x00000001  
  3. #define PT_DTRACE   0x00000002  /* delayed trace (used on m68k, i386) */  
  4. #define PT_TRACESYSGOOD 0x00000004  
  5. #define PT_PTRACE_CAP   0x00000008  /* ptracer can follow suid-exec */  
  6. #define PT_TRACE_FORK   0x00000010  
  7. #define PT_TRACE_VFORK  0x00000020  
  8. #define PT_TRACE_CLONE  0x00000040  
  9. #define PT_TRACE_EXEC   0x00000080  
  10. #define PT_TRACE_VFORK_DONE 0x00000100  
  11. #define PT_TRACE_EXIT   0x00000200  
/* linux-2.6.38.8/include/linux/ptrace.h */
#define PT_PTRACED 0x00000001#define PT_DTRACE 0x00000002 /* delayed trace (used on m68k, i386) */#define PT_TRACESYSGOOD 0x00000004#define PT_PTRACE_CAP 0x00000008 /* ptracer can follow suid-exec */#define PT_TRACE_FORK 0x00000010#define PT_TRACE_VFORK 0x00000020#define PT_TRACE_CLONE 0x00000040#define PT_TRACE_EXEC 0x00000080#define PT_TRACE_VFORK_DONE 0x00000100#define PT_TRACE_EXIT 0x00000200

    7、Performance Event 

[cpp] view plain copy
print?
  1. #ifdef CONFIG_PERF_EVENTS  
  2.     struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts];  
  3.     struct mutex perf_event_mutex;  
  4.     struct list_head perf_event_list;  
  5. #endif  
#ifdef CONFIG_PERF_EVENTS    struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts];    struct mutex perf_event_mutex;    struct list_head perf_event_list;
#endif

    Performance Event是一款随 Linux 内核代码一同发布和维护的性能诊断工具。这些成员用于帮助PerformanceEvent分析进程的性能问题。

    关于Performance Event工具的介绍可参考文章http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-perf1/index.html?ca=drs-#major1和http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-perf2/index.html?ca=drs-#major1。

    8、进程调度 

[cpp] view plain copy
print?
  1. int prio, static_prio, normal_prio;  
  2. unsigned int rt_priority;  
  3. const struct sched_class *sched_class;  
  4. struct sched_entity se;  
  5. struct sched_rt_entity rt;  
  6. unsigned int policy;  
  7. cpumask_t cpus_allowed;  
   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 plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/include/linux/sched.h */  
  2. #define MAX_USER_RT_PRIO    100  
  3. #define MAX_RT_PRIO     MAX_USER_RT_PRIO  
  4.   
  5. #define MAX_PRIO        (MAX_RT_PRIO + 40)  
  6. #define DEFAULT_PRIO        (MAX_RT_PRIO + 20)  
/* 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： 

[cpp] view plain copy
print?
  1. #define SCHED_NORMAL        0  
  2. #define SCHED_FIFO      1  
  3. #define SCHED_RR        2  
  4. #define SCHED_BATCH     3  
  5. /* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */  
  6. #define SCHED_IDLE      5  
#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： 

[cpp] view plain copy
print?
  1. /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_fair.c */   
  2. static const struct sched_class fair_sched_class;  
  3. /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_rt.c */  
  4. static const struct sched_class rt_sched_class;  
  5. /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_idletask.c */  
  6. static const struct sched_class idle_sched_class;  
  7. /* linux-2.6.38.8/kernel/sched_stoptask.c */  
  8. static const struct sched_class stop_sched_class;  
/* 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。

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