对进程的补充——PCB

进程控制块(PCB)

在Linux中task_struct结构体即是PCB。PCB是进程的唯一标识,PCB由链表实现(为了动态插入和删除)。
进程创建时,为该进程生成一个PCB;进程终止时,回收PCB。
PCB包含信息:1、进程状态(state);2、进程标识信息(uid、gid);3、定时器(time);4、用户可见寄存器、控制状态寄存器、栈指针等(tss)

每个进程都有一个非负唯一进程ID(PID)。虽然是唯一的,但是PID可以重用,当一个进程终止后,其他进程就可以使用它的PID了。
PID为0的进程为调度进程,该进程是内核的一部分,也称为系统进程;PID为1的进程为init进程,它是一个普通的用户进程,但是以超级用户特权运行;PID为2的进程是页守护进程,负责支持虚拟存储系统的分页操作。
除了PID,每个进程还有一些其他的标识符:

每个进程的task_struct和系统空间堆栈(系统表格区)存放位置如下:两个连续的物理页【《Linux内核源代码情景分析》271页】

系统堆栈空间不能动态扩展,在设计内核、驱动程序时要避免函数嵌套太深,同时不宜使用太大太多的局部变量,因为局部变量都是存在堆栈中的。

进程的创建

新进程的创建,首先在内存中为新进程创建一个task_struct结构,然后将父进程的task_struct内容复制其中,再修改部分数据。分配新的内核堆栈、新的PID、再将task_struct这个node添加到链表中。所谓创建,实际上是“复制”。

子进程刚开始,内核并没有为它分配物理内存,而是以只读的方式共享父进程内存,只有当子进程写时,才复制。即“copy-on-write”。
fork都是由do_fork实现的,do_fork的简化流程如下图:

fork函数

fork函数时调用一次,返回两次。在父进程和子进程中各调用一次。子进程中返回值为0,父进程中返回值为子进程的PID。程序员可以根据返回值的不同让父进程和子进程执行不同的代码。
一个形象的过程:

运行这样一段演示程序:

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#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
pid_t pid;
char *message;
int n = 0;
pid = fork();
while(1){
if(pid < 0){
perror("fork failed\n");
exit(1);
}
else if(pid == 0){
n--;
printf("child's n is:%d\n",n);
}
else{
n++;
printf("parent's n is:%d\n",n);
}
sleep(1);
}
exit(0);
}
谁都是要吃饭的嘛。