《Linux核心設計與實作》筆記——程序管理

程序管理的任務

程序能建立新的程序 （真正做到一個應用多程序）
确定哪個程序能夠擁有CPU
接受中斷并将中斷導向相應的核心子系統
向使用者程序發送信号
管理時鐘硬體 
當一個程序結束時，釋放其資源
動态裝載執行子產品
           

相關概念簡介

程序就是處于執行期的程式。包括代碼段，占用的資源（打開的檔案，挂起的信号，核心内部資料，處理器狀态，記憶體位址空間）

線程，執行線程，是在程序中活動的對象。擁有獨立的程式計數器，程序棧，寄存器組。

核心排程的對象是線程，不是程序。

Linux線程實作很特别，對線程和程序并不特别區分。？？隻是在資源共享上有差別？？

程序描述符 PCB 在linux核心中的資料結構是task_struct 約1.7KB

程序家族樹 : 所有的程序都是PID為1的init程序的後代，核心在系統啟動的最後階段啟動init程序。Init程序描述符是作為init_task靜态配置設定的。

程序的狀态：

task_struct的state域中：

• TASK_RUNNING: 程序是可執行的程序要麼在執行，要麼在運作隊列中等待執行
• TASK_INTERRUPTIBLE：可中斷。程序正在睡眠，等待某些條件的達成。條件達成，核心就會把程序狀态設定為運作。也可以接收到信号而提前被喚醒。
• TASK_UNINTERUPTIBLE：不可中斷。接收到信号也不會投入運作。其他和可中斷相同。
• __TASK_TRACED：被其他程序跟蹤
• __TASK_STOPPED：程序停止。程序沒有投入運作，也不能投入運作。在接受到SIGSTOP，SIGTSTP，SIGTTIN，SIGTTOU等信号時調試期間收到這種信号，都會進入這種狀态。
• TASK__ZOMBIE僵屍，呆傻狀态，已結束，但其父程序未接到通知，描述符未釋放
• TASK_SWAPPING程序頁面被兌換出記憶體
  • task_struct的exit_state域中有EXIT_ZOMBIE

[ 狀态轉換圖 ]

程序的管理

建立

fork系統調用，複制現有程序，可以接着調用exec函數組建立新的位址空間，并把新程式載入。
           

fork提高效率的措施

• 配置設定程序描述符:

  預配置設定描述符（SLAB機制），把動态配置設定的過程省略掉一部分（不需要頻繁調用記憶體管理相應功能），相當于一種進階緩存，提高效率。最後的操作主要是直接填寫結構。

• COPY_ON_WRITE ：

  寫時copy LINUX的FORK()過程并未為新生成的程序馬上複制代碼，開始的程序僅僅讀共享父程序代碼。直到程序第一次要對程序空間有寫請求時，再複制代碼。 這樣做的好處：效率高（一般新程序要有自己的代碼，第一條就是EXEC()）

退出

程式通過exit系統調用退出執行。
           

程序退出（釋放資源）的過程exit

- task_struct 标志成員設定為PF_EXITING

- 調用del_timer_sync()删除任一核心定時器。

- 根據傳回的結果确定，確定沒有定時器在排隊，也沒有定時器程式在運作。

- 如果BSD的程序記賬功能開啟，do_exit調account_update_integrals來輸出記賬資訊

- 調用exit_mm()，釋放程序占用的mm_struct,如果沒有别的程序使用，徹底釋放他們。

- 調用sem__exit(). 如果程序排隊等候IPC信号，則離開隊列

- 調用exit_files(),exit_fs(),遞減檔案描述符，檔案系統的引用計數。如果技術為0，釋放資源。

- task_struct 的 exit_code成員中的退出代碼替換為EXIT()提供的代碼

調用exit_notify()向父程序發信号，給子程序尋找養父，程序狀态設定為EXIT_ZOMBIE

- 調用shedule切換到其他程序

删除程序描述符：

父程序wait，方法傳回後根據傳回代碼執行相應動作或者忽視。動作完成後真正釋放描述符。

調用relase_task

1. release調用__exit_signal,該函數調用_unhashprocess(),後者從pidhash上删除該程序。

2. 如果這是線程組的最後一個程序，且領頭程序死掉，通知僵死的領頭程序的父程序

3. 調用put_task_struct釋放描述符，核心棧，threadinfo所占的頁，slab高速緩存。

程序描述符的存放，使用current宏或者專門寄存器

參考 《linux核心設計與實作》