浅谈Linux内核创建新进程的全过程

进程描述

进程描述符（task_struct）

用来描述进程的数据结构，可以理解为进程的属性。比如进程的状态、进程的标识（PID）等，都被封装在了进程描述符这个数据结构中，该数据结构被定义为task_struct

进程控制块（PCB）

是操作系统核心中一种数据结构，主要表示进程状态。

进程状态

fork()

fork()在父、子进程各返回一次。在父进程中返回子进程的 pid，在子进程中返回0。

fork一个子进程的代码

 

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <unistd.h>

int main(int argc, char * argv[])
{
int pid;
/* fork another process */

pid = fork();
if (pid < 0) 
{ 
  /* error occurred */
  fprintf(stderr,"Fork Failed!");
  exit(-1);
} 
else if (pid == 0) 
{
  /* child process */
  printf("This is Child Process!n");
} 
else 
{ 
  /* parent process */
  printf("This is Parent Process!n");
  /* parent will wait for the child to complete*/
  wait(NULL);
  printf("Child Complete!n");
}
}

进程创建

1、大致流程

fork 通过0x80中断（系统调用）来陷入内核，由系统提供的相应系统调用来完成进程的创建。

fork.c
//fork
#ifdef __ARCH_WANT_SYS_FORK
SYSCALL_DEFINE0(fork)
{
#ifdef CONFIG_MMU
  return do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL);
#else
  /* can not support in nommu mode */
  return -EINVAL;
#endif
}
#endif

//vfork
#ifdef __ARCH_WANT_SYS_VFORK
SYSCALL_DEFINE0(vfork)
{
  return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0,
      0, NULL, NULL);
}
#endif

//clone
#ifdef __ARCH_WANT_SYS_CLONE
#ifdef CONFIG_CLONE_BACKWARDS
SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
     int __user *, parent_tidptr,
     int, tls_val,
     int __user *, child_tidptr)
#elif defined(CONFIG_CLONE_BACKWARDS2)
SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, newsp, unsigned long, clone_flags,
     int __user *, parent_tidptr,
     int __user *, child_tidptr,
     int, tls_val)
#elif defined(CONFIG_CLONE_BACKWARDS3)
SYSCALL_DEFINE6(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
    int, stack_size,
    int __user *, parent_tidptr,
    int __user *, child_tidptr,
    int, tls_val)
#else
SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
     int __user *, parent_tidptr,
     int __user *, child_tidptr,
     int, tls_val)
#endif
{
  return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
}
#endif

通过看上边的代码，我们可以清楚的看到，不论是使用 fork 还是 vfork 来创建进程，最终都是通过 do_fork() 方法来实现的。接下来我们可以追踪到 do_fork()的代码：

long do_fork(unsigned long clone_flags,
     unsigned long stack_start,
     unsigned long stack_size,
     int __user *parent_tidptr,
     int __user *child_tidptr)
{
    //创建进程描述符指针
    struct task_struct *p;

    //……

    //复制进程描述符，copy_process()的返回值是一个 task_struct 指针。
    p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,
       child_tidptr, NULL, trace);

    if (!IS_ERR(p)) {
      struct completion vfork;
      struct pid *pid;

      trace_sched_process_fork(current, p);

      //得到新创建的进程描述符中的pid
      pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID);
      nr = pid_vnr(pid);

      if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID)
        put_user(nr, parent_tidptr);

      //如果调用的 vfork()方法，初始化 vfork 完成处理信息。
      if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
        p->vfork_done = &vfork;
        init_completion(&vfork);
        get_task_struct(p);
      }

      //将子进程加入到调度器中，为其分配 CPU，准备执行
      wake_up_new_task(p);

      //fork 完成，子进程即将开始运行
      if (unlikely(trace))
        ptrace_event_pid(trace, pid);

      //如果是 vfork，将父进程加入至等待队列，等待子进程完成
      if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
        if (!wait_for_vfork_done(p, &vfork))
          ptrace_event_pid(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE, pid);
      }

      put_pid(pid);
    } else {
      nr = PTR_ERR(p);
    }
    return nr;
}

								 
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