（2023-2024-1）20232811《Linux内核原理分析与设计》第七周作业

[202328]

目录

一、阅读理解 task_struct 数据结构

1、进程描述符

​2、进程状态

二、 分析Linux内核创建一个新进程的过程

2.1 启动MenuOS

2.2 调试MenuOS

三、总结

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一、阅读理解 task_struct 数据结构

1、进程描述符

task_struct具有非常庞大的数据结构，400多行代码。包括对进程链表的管理，控制台，文件系统描述，文件描述符，内存管理描述，信号描述等，其结构示意图如下图所示：

2、进程状态

当使用fork()创建一个新的进程时，进程的状态是TASK_RUNNING（就绪态），新进程被调度运行时，就切换到TASK_RUNNING（运行态）。对于一个正在运行的进程，调用用户库函数exit()会陷入内核执行该内核函数do_exit()，也就是终止进程，就会进入TASK_ZOMBIE状态（僵尸进程）。一个正在运行的进程在等待特定的事件和资源时会进入阻塞态。阻塞态也分两种：TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTLBLE。TASK_INTERRUPTIBLE可以被信号和wake_up唤醒的，当信号到来时，进程会被设置为TASK_RUNNING（就绪态），而TASK_UNINTERRUPTLBLE只能被wake-up()唤醒。

二、 分析Linux内核创建一个新进程的过程

2.1 启动MenuOS

cd LinuxKernel

rm -rf menu

git clone https://github.com/mengning/menu.git

cd menu

mv test_fork.c test.c

make rootfs

 

测试folk

2.2 调试MenuOS

通过增加-s -S启动参数打开调试模式：

qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S

 

打开gdb进行调试：

gdb

file linux-3.18.6/vmlinux

target remote:1234

 

设置断点：

b sys_clone

b do_fork

b dup_task_struct

b copy_process

b copy_thread

b ret_from_fork

执行fork命令，停在了断点SyS_clone处，单步执行，定在了断点do_fork处；之后就是依次设置的断点

 

三、总结

创建一个新进程在内核中的执行过程大致如下:

使用系统调用Sys_clone(或fork,vfork)系统调用创建一个新进程。这些系统调用会通过调用do_fork函数来实现进程的创建。Linux通过复制父进程的进程控制块（PCB）中的task_struct结构来创建一个新进程，并为新进程分配一个新的内核堆栈。需要修改复制过来的进程数据，例如进程ID（pid）、进程链表等。这一步通过执行copy_process和copy_thread函数来完成。设置新进程的内核栈顶，即p->thread.sp = (unsigned long) childregs。这个值表示当调度到子进程时，使用的内核栈的顶部位置。设置子进程的第一条指令地址，即p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork。这个地址表示当调度到子进程时，执行的第一条指令。