进程管理—进程描述符（task_struct）

当把一个程序加载到内存当中，此时，这个时候就有了进程，关于进程，有一个相关的叫做进程控制块（PCB），这个是系统为了方便进行管理进程所设置的一个数据结构，通过PCB，就可以记录进程的特征以及一些信息。 

内核当中使用进程描述符task_struct。 

这个task_struct就是一个定义的一个结构体，通过这个结构体，可以对进程的所有的相关的信息进行维护，对进程进行管理。

接下来我们需要对task_struct结构体当中的成员进行一些分析。

linux内核版本
Linux version 2.6.32-431.el6.i686

1 task_struct

1.1 进程状态

volatile long state;
int exit_state;`

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表示进程的状态， 

在进程执行的时候，它会有一个状态，这个状态对于进程来说是很重要的一个属性。进程主要有以下几个状态。

state可能的取值 





这些状态就不再一一说明了，后续进程篇会有专门的说明。

1.2 进程标识符（PID）

pid_t pid;
pid_t tgid;

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每个进程都有进程标识符、用户标识符、组标识符，进程标识符对于每一个进程来说都是唯一的。内核通过进程标识符来对不同的进程进行识别，一般来说，行创建的进程都是在前一个进程的基础上PID加上1作为本进程的PID。为了Linux平台兼容性，PID一般最大为32767。

1.3 进程内核栈

void *stack

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stack用来维护分配给进程的内核栈，内核栈的意义在于，进程task_struct所占的内存是由内核动态分配的，确切的说就是内核根本不给task_struct分配内存，只给内核栈分配8KB内存，并且一部分会提供给task_struct使用。 

task_struct结构体大约占用的大小为1K左右，根据内核版本的不同，大小也会有差异。 

所以，也就可以知道内核栈最大也就是7KB，否则，内核栈会覆盖task_struct结构。

1.4 标记

unsigned int flags

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用来反映一个进程的状态信息，但不是运行状态，用于内核识别进程当前的状态，flags的取值如下：

可使用的标记	功能
PF_FORKNOEXEC	进程刚创建，但还没执行。
PF_SUPERPRIV	超级用户特权。
PF_DUMPCORE	关于核心。
PF_SIGNALED	进程被信号(signal)杀出。
PF_EXITING	进程开始关闭。

1.5 表示进程亲属关系的成员

struct task_struct *real_parent;
struct task_struct *parent;
struct list_head children;
struct list_head sibling;
struct task_struct *group_leader;

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linux系统当中，考虑到进程的派生，所以进程之间会存在父进程和子进程这样的关系，当然，对于同一个父进程派生出来的进程，他们的关系当然是兄弟进程了。

成员	功能
real_parent	指向父进程的指针，如果父进程不存在了，则指向PID为1的进程
parent	指向父进程的，值与real——parent相同，需要向它的父进程发送信号
children	表示链表的头部，链表中的所有元素都是它的子进程
sibling	用于当前进程插入兄弟链表当中
group_leader	指向进程组的领头进程

1.6 ptrace系统调用

unsigned int ptrace;
struct list_head ptraced;
struct list_head ptrace_entry;

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首先我们要清楚ptrace是什么东西，ptrace是一种提供父进程控制子进程运行，并且可以检查和改变它的核心image。当trace设置为0时不需要被跟踪。

1.7 性能诊断工具——Performance Event

#ifdef CONFIG_PERF_EVENTS
#ifndef __GENKSYMS__
void * __reserved_perf__;
#else
struct perf_event_context *perf_event_ctxp;
#endif
struct mutex perf_event_mutex;
struct list_head perf_event_list;
#endif

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Performance Event是性能诊断工具，这些成员用来帮助它进行分析进程性能问题。

1.8 进程调度

int prio, static_prio, normal_prio;
unsigned int rt_priority;

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成员	功能
static_prio	保存静态优先级，可以通过nice系统进行修改
rt_priority	保存实时优先级
normal_prio	保存静态优先级和调度策略
prio	保存动态优先级

调度进程利用这部分信息决定系统当中的那个进程最应该运行，并且结合进程的状态信息保证系统运作高效。

提到进程调度，当然还需要说明一下进程调度策略，我们来看下关于调度策略的成员：

unsigned int policy;
const struct sched_class *sched_class;
struct sched_entity se;
struct sched_rt_entity rt;

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成员	功能
policy	调度策略
sched_class	调度类
se	普通进程的一个调用的实体，每一个进程都有其中之一的实体
rt	实时进程的调用实体，每个进程都有其中之一的实体
cpus_allowed	用于控制进程可以在处理器的哪里运行

policy表示进程的调度策略，主要有以下五种：

种类	功能
SCHED_NORMAL	用于普通进程
SCHED_BATCH	普通进程策略的分化版本，采用分时策略
SCHED_IDLE	优先级最低，系统空闲时才跑这类进程
SCHED_FIFO	先入先出的调度算法
SCHED_RR	实时调度算法，采用时间片，相同优先级的任务当用完时间片就会放到队列的尾部，保证公平性，同时，高优先级的任务抢占低优先级的任务。
SCHED_DEADLINE	新支持的实时调度策略，正对突发性计算

说完了调度策略，我们再来看一下调度类。

调度类	功能
idle_sched_class	每一个cpu的第一个pid=0的线程，是一个静态的线程
stop_sched_class	优先级最高的线程，会中断所有其他的线程，而且不会被其他任务打断
rt_sched_slass	作用在实时线程
fair_sched_class	作用的一般线程

它们的优先级顺序为Stop>rt>fair>idle

1.9进程的地址空间

struct mm_struct *mm, *active_mm;

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成员	功能
mm	进程所拥有的用户空间的内存描述符
active_mm	指向进程运行时使用的内存描述符，对于普通的进程来说，mm和active_mm是一样的，但是内核线程是没有进程地址空间的，所以内核线程的mm是空的，所以需要初始化内核线程的active_mm

对于内核线程切记是没有地址空间的。

后续会有专门的博客来叙述

1.10 判断标志

//用于进程判断标志
int exit_state;
int exit_code, exit_signal;
int pdeath_signal;  /*  The signal sent when the parent dies  */
/* ??? */
unsigned int personality;
unsigned did_exec:1;
unsigned in_execve:1;   /* Tell the LSMs that the process is doing an
* execve */
unsigned in_iowait:1;

/* Revert to default priority/policy when forking */
unsigned sched_reset_on_fork:1;

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成员	功能
exit_state	进程终止的状态
exit_code	设置进程的终止代号
exit_signal	设置为-1的时候表示是某个线程组当中的一员，只有当线程组的最后一个成员终止时，才会产生型号给父进程
pdeath_signal	用来判断父进程终止时的信号

1.11 时间与定时器

关于时间，一个进程从创建到终止叫做该进程的生存期，进程在其生存期内使用CPU时间，内核都需要进行记录，进程耗费的时间分为两部分，一部分是用户模式下耗费的时间，一部分是在系统模式下耗费的时间。

//描述CPU时间的内容
cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled;
cputime_t gtime;
cputime_t prev_utime, prev_stime;
unsigned long nvcsw, nivcsw; /* context switch counts */
struct timespec start_time;         /* monotonic time */
struct timespec real_start_time;    /* boot based time */
struct task_cputime cputime_expires;
struct list_head cpu_timers[3];

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成员	属性
utime/stime	用于记录进程在用户状态/内核态下所经过的定时器
prev_utime/prev_stime	记录当前的运行时间
utimescaled/stimescaled	分别记录进程在用户态和内核态的运行的时间
gtime	记录虚拟机的运行时间
nvcsw/nicsw	是自愿/非自愿上下文切换计数
start_time/real_start_time	进程创建时间，real还包括了进程睡眠时间
cputime_expires	用来统计进程或进程组被跟踪的处理器时间，三个成员对应的是下面的cpu_times[3]的三个链表

然后接下来我们来看一下进程的定时器，一共是三种定时器。

定时器类型	解释	更新时刻
ITIMER_REAL	实时定时器	实时更新，不在乎进程是否运行
ITIMER_VIRTUAL	虚拟定时器	只在进程运行用户态时更新
ITIMER_PROF	概况定时器	进程运行于用户态和系统态进行更新

进程总过有三种定时器，这三种定时器的特征有到期时间，定时间隔，和要触发的时间，

1.12 信号处理

struct signal_struct *signal;
struct sighand_struct *sighand;

sigset_t blocked, real_blocked;
sigset_t saved_sigmask; /* restored if set_restore_sigmask() was used */
struct sigpending pending;

unsigned long sas_ss_sp;
size_t sas_ss_size;

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关于信号处理：

成员	功能
signal	指向进程信号描述符
sighand	指向进程信号处理程序描述符
blocked	表示被阻塞信号的掩码
pending	存放私有挂起信号的数据结构
sas_ss_sp	信号处理程序备用堆栈的地址

1.13 文件系统信息

//文件系统信息结构体
/* filesystem information */
struct fs_struct *fs;

//打开文件相关信息结构体
/* open file information */
struct files_struct *files;

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进程可以用来打开和关闭文件，文件属于系统资源，task_struct有两个来描述文件资源，他们会描述两个VFS索引节点，两个节点分别是root和pwd，分别指向根目录和当前的工作目录。

成员	功能
struct fs_struct *fs	进程可执行镜像所在的文件系统
struct files_struct *files	进程当前打开的文件

1.14 其他