进程的描述和进程的创建
注：作者：臧文君，原创作品转载请注明出处，《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
一、进程的描述
操作系统的三大功能：进程管理，内存管理和文件系统。
1、进程描述符task_struct数据结构
（1）进程控制块PCB---task_struct
（2）进程描述符提供了内核所需了解的进程信息。
task_struct中包含：进程状态，进程打开的文件，进程优先级信息。
tty_struct控制台
fs_struct文件系统
files_struct打开的文件描述符
mm_struct内存管理
signal_struct通讯信号的描述
（3）struct task_struct的数据结构很庞大
（4）Linux进程的状态与操作系统原理中的描述的进程状态似乎有所不同，比如：就绪状态和运行状态都是TASK_RUNNING。
进程调用do_exit()终止执行，TASK_ZOMBIE（进程被终止）。
阻塞态：TASK_INTERRUPTIBLE or TASK_UNINTERRUPTIBLE（等待中）。
2、进程的标识pid
3、task_struct数据结构分析
（1）运行状态state:-1 unrunnable,0 runnable,>0 stopped。
进程的内核堆栈stack。
ifdef CONFIG SMP条件编译，多处理器时用到。
进程链表list_head tasks
4G的进程地址空间
（2）进程的父子关系
P0有三个儿子P1，P2，P3；P1有两个兄弟P2，P3；P3有一个儿子P4。
（3）CPU相关的状态：thread_struct
文件系统：fs_struct
二、进程的创建
1、进程的创建概览及fork一个进程的用户态代码
fork()是用户态用于创建一个子进程的系统调用。
fork()系统调用在父进程和子进程各返回一次，在子进程中，pid的返回值为0，执行else的代码，在父进程中，pid的返回值为子进程的ID，执行else if的代码。
2、系统调用再回顾
3、一个新创建的子进程从哪里开始执行？
创建新进程是通过复制当前进程来实现的。
系统调用内核处理函数sys_fork、sys_clone、sys_vfork
4、do fork中的copy process就是创建一个进程的主要代码。
dup task struct复制整个PCB。
拷贝内核堆栈数据和指定新进程的第一条指令地址：*childregs = *current_pt_regs();
5、创建的新进程是从哪里开始执行的？
p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;
当子进程获得CPU控制权时，它的return from fork可以把后面堆栈中的iret返回到用户态。
三、使用gdb跟踪创建新进程的过程
1、先删除menu，再克隆一个新的menu。
2、用test_fork.c覆盖test.c：
cd menu
mv test_fork.c test.c
make rootfs//编译
3、调试：
qemu-system-x86_64 -kernel bzImage -initrd /home/YL/menu/rootfs.img -s -S
gdb /usr/src/linux-source-4.4/vmlinux
set arch i386:x86-64
target remote:1234
4、设置断点：b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork
5、按c继续执行，但会报错显示超时，此时重启一遍gdb即可。
6、按n单步执行，按s进入某个函数中去单步执行。
当前进程的内核堆栈中压的寄存器复制到进程中：
设置子进程被调度的IP，是子进程的起点ret_from_fork：
总结：
本次课程学习的是进程的结构分析以及进程的创建。Linux系统创建一个新进程主要依靠fork()，fork()是用户态用于创建一个子进程的系统调用，再由fork()调用do_fork来实现进程的创建。
先复制一个PCB——task_struct，再给新进程分配一个新的内核堆栈，并且修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等。通过以上步骤，就可以创建一个新进程。
新进程的起点是ret_from_fork，通过*childregs = *current_pt_regs()语句复制内核堆栈。
在实验的过程中，会遇到gdb的问题，显示连接超时，此时需要重启gdb即可。另外，调试内核时还需要注意路径的问题。若没有给出路径，则是在当前目录下查找文件。