linux设备驱动归纳总结（四）：1.进程管理的相关概念【转】
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linux設(shè)備驅(qū)動歸納總結(jié)（四）：1.進(jìn)程管理的相關(guān)概念
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接下來的幾節(jié)我會大概的講一下內(nèi)核進(jìn)程的一些概念，其實應(yīng)該在學(xué)習(xí)系統(tǒng)編程時候就應(yīng)該知道的。。我參照的書籍是《linux內(nèi)核設(shè)計與實現(xiàn)》（第三版）。我會盡可能地跳開內(nèi)核代碼，簡述一下原理。
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一、什么是進(jìn)程
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簡單的說，進(jìn)程就是正在運行的程序，一個程序可以同時有多個進(jìn)程。學(xué)過C語言都知道，程序運行時并不是只有代碼，還包含其他的資源，如打開的文件，信號，全局變量等等。我在《操作系統(tǒng)原理》中看過一個很生動很深刻的例子：一個人對照著菜譜做菜。在這例子中，人就是內(nèi)核，菜譜就是程序，做菜的過程就是進(jìn)程，而菜、鍋就是這個進(jìn)程的資源。
內(nèi)核為線程提供了兩種技術(shù)：虛擬處理器和虛擬內(nèi)存。這就是說，每個進(jìn)程都傻乎乎的認(rèn)為自己獨占著CPU和享用這4G的內(nèi)存，確不知道內(nèi)核在背后調(diào)度進(jìn)程和給每個進(jìn)程4G的虛擬地址。
進(jìn)程由fork創(chuàng)建，通過exit退出。
有人或許會問，那線程是什么？線程就是一種特殊的進(jìn)程。
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二、進(jìn)程是用什么結(jié)構(gòu)體來維護(hù)
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內(nèi)核將所有的進(jìn)程放在叫任務(wù)隊列（task list）的雙向循環(huán)鏈表中，鏈表中的每個項都是類型為task_struct、稱為進(jìn)程描述符的結(jié)構(gòu)。每個進(jìn)程描述符包含著一個進(jìn)程的所有信息，驅(qū)動開發(fā)中我用得最頻繁的有兩個成員，pid(進(jìn)程標(biāo)識值)和comm（當(dāng)前進(jìn)程的所執(zhí)行的程序文件名稱）。
來張形象點的圖：
獲得當(dāng)前正在進(jìn)行的進(jìn)程進(jìn)程描述符也很簡單，使用全局項current就可以獲得。
/*4th_mutex/4th_mutex_1/1st/test.c*/
113 P_DEBUG("[%s]:pid[%d]\n", current->comm, current->pid);
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三、進(jìn)程的狀態(tài)
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我只說5種，其中前兩種是之前在等待隊列的時候介紹過。
1）TASK_RUNNING（運行）：該狀態(tài)出現(xiàn)在進(jìn)程正在運行，或者已經(jīng)放在運行隊列中等待執(zhí)行（對應(yīng)操作系統(tǒng)原理上所說的就緒狀態(tài)）。這里要注意的是等待執(zhí)行和休眠是兩碼事。
2）TASK_INTERRUPTIBLE（可中斷休眠）：這就是休眠狀態(tài)中一種，之所以說可中斷，就是說除了可以被其他進(jìn)程從等待隊列喚醒以外，還可以接送到信號而喚醒，這是常用的休眠狀態(tài)。
3）TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中斷休眠）：這就是休眠狀態(tài)的另一種，只能從等待隊列被喚醒。因為它如此霸道，所以很少有人使用。
4）TASK_ZOMBIE（僵死）：這種情況出現(xiàn)在進(jìn)程結(jié)束后，但父進(jìn)程還有來回收該進(jìn)程的進(jìn)程描述符。
5）TASK_STOPPED（停止）：一看就知道，進(jìn)程停止執(zhí)行。
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來個圖來對照前四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換：
由上圖可以看到用戶空間的進(jìn)程有fork()系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生，如果運行途中沒有任何阻塞，它會在最后調(diào)用do_exit將進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)為TASK_ZOMBIE。等待父進(jìn)程來收尸。接下來就要簡單地說一下進(jìn)程的創(chuàng)建和進(jìn)程的終結(jié)。
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四、進(jìn)程的創(chuàng)建
進(jìn)程的創(chuàng)建一般分兩步：
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1、調(diào)用fork()：
在系統(tǒng)編程時，我們一般都是調(diào)用fork()來創(chuàng)建新的用戶進(jìn)程。
先說一下傳統(tǒng)的forl()的實現(xiàn)，傳統(tǒng)的fork()被調(diào)用后，內(nèi)核會拷貝父進(jìn)程的所有資源給新建的子進(jìn)程。要知道這是一個多愚蠢的操作，如果新建子進(jìn)程是打算執(zhí)行另一個新程序，之前的拷貝過程就白費了。
出于這樣的原因，linux的fork()有了寫時拷貝(copy-on-write)技術(shù)。從字面上就能理解意思，父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程后，他給子進(jìn)程創(chuàng)建一個文件描述符，并且與子進(jìn)程以只讀方式共享原有的資源，只有在子進(jìn)程或者父進(jìn)程修改資源時，資源才會被復(fù)制。所以說，在不修改資源的情況下，fork()的實際開銷就兩樣：
1）復(fù)制父進(jìn)程的頁表給子進(jìn)程。大家應(yīng)該都知道，linux內(nèi)存管理使用的頁式管理，只要也就是說，只要把父進(jìn)程的頁表復(fù)制給子進(jìn)程，子進(jìn)程就能在頁表中找到與父進(jìn)程共享的4G虛擬地址了。
2）為子進(jìn)程創(chuàng)建唯一的進(jìn)程描述符。這個就不用解釋了，進(jìn)程與進(jìn)程描述符是一一對應(yīng)的。
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fork具體調(diào)用的什么函數(shù)我就不詳細(xì)說了，不過應(yīng)該有這樣的一個概念：
fork->clone->do_fork()->copy_procrss：
fork()系統(tǒng)調(diào)用根據(jù)提供的參數(shù)調(diào)用clone()，然后clone()去調(diào)用do_fork()，其中do_fork中完成了創(chuàng)建的大部分操作，里面有一個主要的函數(shù)copy_process()。
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2、調(diào)用exec()：
一般的，創(chuàng)建的子進(jìn)程都不是為了完成父進(jìn)程中的任務(wù)，而是需要執(zhí)行新的任務(wù)。exec()的作用就是讀取可執(zhí)行文件并加載到地址空間開始運行，可以類比成命令”./xxxxx”。如果fork()后子進(jìn)程調(diào)用exec()執(zhí)行新的代碼，就不需要拷貝父進(jìn)程的資源了。所以，一般fork()之后都是子進(jìn)程先運行。
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五、進(jìn)程的終結(jié)：
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一般的，進(jìn)程調(diào)用exit()結(jié)束進(jìn)程。相應(yīng)的，exit()是調(diào)用do_exit()進(jìn)行刪除進(jìn)程的資源和改變進(jìn)程狀態(tài)等操作。
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六、什么是進(jìn)程上下文：
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用戶態(tài)的應(yīng)用程序執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，它就會陷入內(nèi)核空間，此時，我們稱內(nèi)核“代表進(jìn)程執(zhí)行”并處于進(jìn)程上下文。簡單的說，以我們之前寫的驅(qū)動舉例，當(dāng)應(yīng)用成調(diào)用open，他就會陷入內(nèi)核調(diào)用驅(qū)動函數(shù)中的test_open，此時內(nèi)核就 處于進(jìn)程上下文了。
值得一提的是，在進(jìn)程上下文時，current始終有效，它還是指向應(yīng)用層中的進(jìn)程，所以在”1st”的例子中，tesp_open打印出來的進(jìn)程號current->pid與應(yīng)用層是一樣的。
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七、線程、進(jìn)程和內(nèi)核線程程又是怎么樣的關(guān)系：
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線程，它是進(jìn)程活動中的對象，最通俗的解釋，一個進(jìn)程里面可以有一個或者多個線程，它們共同享用進(jìn)程的資源。
內(nèi)核線程，獨立運行在內(nèi)核空間的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程，但沒有獨立的運行空間，只運行在內(nèi)核空間，但和普通進(jìn)程一樣被調(diào)度和搶占。
總的來說，線程（又叫用戶線程）和內(nèi)核線程都是進(jìn)程的特殊形式，它們的創(chuàng)建同樣也是通過調(diào)用clone()。它們和進(jìn)程的最大區(qū)別在于它們沒有獨立的4G虛擬空間。
而線程和內(nèi)核線程的區(qū)別就是：線程存在與用戶態(tài)，內(nèi)核線程存在與內(nèi)核態(tài)。
同時需要強(qiáng)調(diào)的是，進(jìn)程是存在于用戶態(tài)的。
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八、總結(jié)：
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今天只是介紹了進(jìn)程的一些基本的概念，為以后的進(jìn)程調(diào)度、并發(fā)、競態(tài)等理論打基礎(chǔ)。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux设备驱动归纳总结（四）：1.进程管理的相关概念【转】的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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