浅谈Linux进程
作者：嵌入式学院武汉华嵌中心技术支持涂佩君
内容清单：
1. 在 Linux 内核内进程表示
2. 在 Linux 内进程管理
3. 在 Linux 内核创建一个进程
引言
Linux的用户空间进程的创建和管理所涉及的原理与 UNIX有很多共同点，但也有一些特定于 Linux 的独特之处。在本文中，了解 Linux 进程的生命周期，探索用户进程创建、内存管理内幕。
Linux 是一种动态系统，能够适应不断变化的计算需求。Linux 计算需求的表现是以进程 的通用抽象为中心的。进程可以是短期的（从命令行执行的一个命令），也可以是长期的（一种网络服务）。因此，对进程及其调度进行一般管理就显得极为重要。
在用户空间，进程是由进程标识符（PID）表示的。从用户的角度来看，一个 PID 是一个数字值，可惟一标识一个进程。一个 PID 在进程的整个生命期间不会更改，但 PID 可以在进程销毁后被重新使用，所以对它们进行缓存并不见得总是理想的。
在用户空间，创建进程可以采用几种方式。可以执行一个程序（这会导致新进程的创建），也可以在程序内，调用一个 fork 或 exec 系统调用。fork 调用会导致创建一个子进程，而 exec 调用则会用新程序代替当前进程上下文。接下来，我将对这几种方法进行讨论以便您能很好地理解它们的工作原理。
具体介绍：
进程表示
在 Linux 内核内，进程是由相当大的一个称为 task_struct 的结构表示的。此结构包含所有表示此进程所必需的数据，此外，还包含了大量的其他数据用来统计（accounting）和维护与其他进程的关系（父和子）。清单 1给出了 task_struct 的一小部分。task_struct 于 ./linux/include/linux/sched.h。
清单 1. task_struct 的一小部分
struct task_struct {
volatile long state;// state 变量是一些表明任务状态的比特位
void *stack;
unsigned int flags;// flags 定义了很多指示符，表明进程是否正在被（PF_STARTING）//或退出（PF_EXITING），或是进程当前是否在分配内存（PF_MEMALLOC）
int prio, static_prio;// static_prio 优先级
struct list_head tasks;
struct mm_struct *mm, *active_mm;// mm 代表的是进程的内存描述符, //active_mm 则是前一个进程的内存描述符（为改进上下文切换时间的一种优化）。
pid_t pid;
pid_t tgid;
struct task_struct *real_parent;
char comm[TASK_COMM_LEN];// 可执行程序的名称
struct thread_struct thread;// 标识进程的存储状态
struct files_struct *files;
...
};
进程管理
现在，让我们来看看如何在 Linux 内管理进程。在很多情况下，进程都是动态创建并由一个动态分配的 task_struct 表示。一个例外是 init进程本身，它总是存在并由一个静态分配的 task_struct 表示。在 ./linux/arch/i386/kernel/init_task.c 内可以找到这样的一个例子。Linux内所有进程的分配有两种方式。第一种方式是通过一个哈希表，由 PID 值进行哈希计算得到；第二种方式是通过双链循环表。循环表非常适合于对任务列表进行迭代。由于列表是循环的，没有头或尾；但是由于 init_task 总是存在，所以可以将其用作继续向前迭代的一个锚点。让我们来看一个遍历当前任务集的例子。
清单 2.发出任务信息的简单内核模块（procsview.c）
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/sched.h>
static int __init init_module( void )
{
struct task_struct *task = &init_task;
do {
printk( KERN_INFO "*** %s [%d] parent %s\n",
task->comm, task->pid, task->parent->comm );
} while ( (task = next_task(task)) != &init_task );
return 0;
}
Static void __exit cleanup_module( void )
{
return;
}
module_init(init_module);
module_exit(cleanup_module);
MODULE_LICENSE("GPL");
注意，还可以标识当前正在运行的任务。Linux 维护一个称为 current 的符号，代表的是当前运行的进程（类型是 task_struct）。
static inline struct task_struct * get_current(void)
{
struct task_struct *current;
__asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (current) : "0" (~8191UL));
return current;
}
#define current get_current()
附:最大进程数
在 Linux 内虽然进程都是动态分配的，但还是需要考虑最大进程数。在内核内最大进程数是由一个称为 max_threads 的符号表示的，它可以在 ./linux/kernel/fork.c 内找到。可以通过 /proc/sys/kernel/threads-max 的 proc 文件系统从用户空间更改此值。
进程创建
如何从用户空间创建一个进程。用户空间任务和内核任务的底层机制是一致的，因为二者最终都会依赖于一个名为 do_fork的函数来创建新进程。在创建内核线程时，内核会调用一个名为 kernel_thread 的函数（参见 ./linux/arch/i386/kernel/process.c），此函数执行某些初始化后会调用 do_fork。
创建用户空间进程的情况与此类似。在用户空间，一个程序会调用 fork，这会导致对名为 sys_fork的内核函数的系统调用（参见 ./linux/arch/i386/kernel/process.c）。
您可能已经看到过系统调用的模式了。在很多情况下，系统调用都被命名为 sys_*并提供某些初始功能以实现调用（例如错误检查或用户空间的行为）。实际的工作常常会委派给另外一个名为 do_*的函数。
kernel_thread函数的作用是产生一个新的线程,内核线程实际上就是一个共享父进程地址空间的进程,它有自己的系统堆栈.
假设我们在struct dev中定义了 struct task_struct *thread;
在初始化函数创建并启动该线程;
thread=kthread_run(kthread_fun,dev,"%s",dev ->name);
在注销函数中：
kthread_stop(dev->thread);//停止内核线程
附：
创建并启动线程的函数：
struct task_struct *kthread_run(int (*threadfn)(void *data), void *data,
const char *namefmt, ...);
线程一旦启动起来后，会一直运行，除非该线程主动调用do_exit函数，或者其他的进程调用kthread_stop函数，结束线程的运行。
int kthread_stop(struct task_struct *thread);//kthread_stop() 通过发送信号给线程。
当然还可以使用kthread_create创建线程，但线程创建后，不会马上运行，而是需要将kthread_create() 返回的task_struct指针传给wake_up_process()，然后通过此函数运行线程。
struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data), void *data, const char *namefmt, ...);
#define kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...) \
({ \
struct task_struct *__k \
= kthread_create(threadfn, data, namefmt, ## __VA_ARGS__); \
if (!IS_ERR(__k)) \
wake_up_process(__k); \
__k; \
})