操作系统内核与安全分析课程笔记【2】进程管理与调度

基本概念与关键数据结构

进程：静态的，存储在磁盘上的代码与数据。
程序：动态的，执行程序的动态过程，资源分配的基本单位。
线程：调度的最小单位。

Linux内核把进程列表存放在叫作任务队列(task list)的双向循环链表中。这个双向循环链表重的每一项都为task_struct、称为进程描述符(process descriptor)的结构。该结构的定义在<linux/sched.h>中可以查看。一个task_struct在32位机器上大约为1.7KB，其中存储了一个进程状态，进程关系等关键信息。

Linux内核进程描述符：task_struct存储了进程正常运行其功能所需要的信息，其中包括：

1. 进程属性相关信息： state（状态），pid（进程标识符），flags，exit_code/exit_signal
2. 进程间的关系：real_parent, children, sibling, group_leader
3. 进程调度相关信息: prio, static_prio, normal_prio, rt_priority, sched_class, sc, rt, dl, polity, cpus_allowed
4. 内存与管理相关信息: mm, fs(文件指针），files
5. 信号相关信息
6. 资源限制相关信息

进程管理

进程生命周期

进程有5种可能状态：(ps:可以写一个这5种状态互相转换的代码）

1. TASK_RUNNING: 可运行态，正在运行或在就绪队列中
2. TASK_INTERRUPTIBLE：可中断睡眠，被阻塞等待资源
3. TASK_UNINTERRUPTABLE：不可中断睡眠，对信号没有反应
4. _TASK_STOPPED：终止态
5. EXIT_ZOMBIE：僵尸态，进程已消亡，但task_struct结构未释放

进程的关系

进程涉及的关系有3种：

1. 进程家族树
2. 线程组
3. 进程组与会话

进程家族树

线程组

一个线程组中所有线程和该线程组主线程具有相同标识符，即其pid，它被存入task_struct数据结构的tgid字段。同一个线程组的线程通过进程间通信来共享数据。调用getpid()返回当前进程组的tgid，而非每个线程的pid。(ps:这意味着使用getpid()不会把所有线程都返回回来）。

进程组与会话

一个进程组由进程组的leader的pid唯一标识。同时，多个进程可以构成会话，该会话由领导进程的pid唯一标识。

proc1 | proc2 &
proc3 | proc4 | proc5 

这里proc1和proc2是一个后台进程组，proc3-proc5是一个前台进程组，它们同属一个会话，均在同一个终端运行。

进程的创建与终止

（ps: 这部分代码再多看看）

进程创建包括：fork()和execve()函数族。
进程终止包括：wait()、waitpid()、kill()、exit()函数族。

为了提升效率fork()又拓展为：vfork()和clone()。vfork() 通过保证子进程先运行避免复制浪费，从而提升fork的效率。

进程终止有2种方式：

1. 主动调用函数终止
   • main函数返回链接程序会主动添加exit()系统调用
   • 主动调用exit()
2. 被动接收终止信号或异常终止
   • 接收无法处理的信号
   • 产生异常
   • 收到SIGKILL等终止信号

Linux中的线程

linux中线程与进程都由task_struct实现，不同的是线程被视为一个与其他进程共享资源的轻量级进程。