从C语言源代码分析，神秘的Linux系统是如何记录和描述进程的？

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ithorizon 6个月前 (10-17) 阅读数 38 #Linux

神秘的Linux系统是怎样记录和描述进程的？

Linux系统是一个强劲的操作系统，它能够管理大量的进程。进程是操作系统中执行程序的基本单位，它们是系统资源分配和调度的对象。在Linux系统中，进程的记录和描述是通过一系列的数据结构和系统调用来实现的。本文将深入探讨Linux系统怎样记录和描述进程，并分析相关的C语言源代码。

1. 进程的描述结构

在Linux系统中，进程的描述是通过`struct task_struct`结构体来实现的。这个结构体定义在`kernel/task_struct.h`头文件中，包含了进程的所有相关信息。以下是一个简化版的`struct task_struct`结构体定义：


struct task_struct {
    struct mm_struct *mm;         // 进程的内存描述符
    struct pid *pid;              // 进程ID
    struct task_struct *parent;   // 父进程指针
    struct task_struct *children; // 子进程链表
    ...
};

这个结构体包含了进程的基本信息，如内存描述符、进程ID、父进程指针和子进程链表等。通过这个结构体，系统可以访问和操作进程的相关信息。

2. 进程的创建

进程的创建是通过`fork()`系统调用来实现的。`fork()`函数创建了一个新的进程，并返回两个值：新进程的PID和调用进程的PID。以下是一个明了的`fork()`系统调用的C语言源代码实现：


SYSCALL_DEFINE0(fork)
{
    struct task_struct *p;
    unsigned long flags;
    if (atomic_read(&task_count) >= MAX_TASKS)
        return -ENOSPC;
    spin_lock_irqsave(&tasklist_lock, flags);
    p = task_new_child(p->pid, NULL, 0);
    if (IS_ERR(p)) {
        spin_unlock_irqrestore(&tasklist_lock, flags);
        return PTR_ERR(p);
    }
    spin_unlock_irqrestore(&tasklist_lock, flags);
    return p->pid;
}

这段代码首先检查系统是否已经创建了太多进程，如果已经大致有最大进程数，则返回不正确。接着，通过`task_new_child()`函数创建一个新的进程，并返回新进程的指针。如果创建胜利，则返回新进程的PID。

3. 进程的调度

Linux系统的进程调度是通过`scheduler()`函数来实现的。这个函数负责决定哪个进程应该运行，以及怎样分配CPU时间。以下是一个简化版的`scheduler()`函数的C语言源代码实现：


void scheduler(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < NR_CPUS; i++) {
        if (cpu_idle[i].state == CPU_STOPPED) {
            pick_next_task(cpu_idle[i].cpu, &cpu_idle[i].next_task);
            run_tasks_cpu(cpu_idle[i].cpu);
            break;
        }
    }
}

这段代码遍历所有的CPU，如果发现某个CPU处于停止状态，则调用`pick_next_task()`函数选择下一个要运行的进程，并通过`run_tasks_cpu()`函数运行该进程。

4. 进程的终止

进程的终止是通过`exit()`系统调用来实现的。`exit()`函数负责释放进程所占用的资源，并通知系统进程已经完成。以下是一个简化版的`exit()`系统调用的C语言源代码实现：


SYSCALL_DEFINE1(exit, int, error_code)
{
    struct task_struct *p = current;
    if (atomic_read(&task_count) <= 0)
        panic("Attempt to exit last process");
    spin_lock_irqsave(&tasklist_lock, flags);
    if (p->pid == 1) {
        panic("Attempt to exit init process");
    }
    task_exit(p);
    spin_unlock_irqrestore(&tasklist_lock, flags);
    return 0;
}

这段代码首先检查系统是否只有一个进程，如果有，则返回不正确。接着，通过`task_exit()`函数释放进程所占用的资源，并通知系统进程已经完成。