电路设计

task_struct结构体的各个字段的含义

2019-07-14 12:09发布

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        前两天我们开始了进程的学习，先来简单说一下进程，进程，就是一个正在执行的程序，但是又与程序不同。程序是存在硬盘上的一个文件，而进程则存在于内存之中，由操作系统管理。而操作系统不与进程直接打交道，而是通过他们的数据去管理，那么操作系统又是怎样去管理进程的呢？每个进程都有一个PCB，PCB就是一个结构体，里面存了这个进程含有的数据，每个PCB又组成了双链的链表，只要操作系统把链表头拿出来就可以管理每个进程。这里说一下PCB在Linux下的具体名称就叫做task_struct。今天我们就重点来说说task_struct的各个字段的含义。
        
  1. 进程标识 
    (1) unsigned short uid，gid; 
    uid和gid是运行进程的用户标识和用户组标识。 
    (2)int groups[NGROUPS]; 
    与多数现代UNIX操作系统一样，Linux允许进程同时拥有一组用户组号。在进程访问文件时，这些组号可用于合法性检查。 
    (3) unsigned short euid，egid; 
    euid和egid又称为有效的uid和gid。出于系统安全的权限的考虑，运行程序时要检查euid和egid的合法性。通常，uid等于euid，gid等于egid。有时候，系统会赋予一般用户暂时拥有root的uid和gid(作为用户进程的euid和egid)，以便于进行运作。 
    (4) unsigned short fsuid，fsgid; 
    fsuid和fsgid称为文件系统的uid和gid，用于文件系统操作时的合法性检查，是Linux独特的标识类型。它们一般分别和euid和egid一致，但在NFS文件系统中NFS服务器需要作为一个特殊的进程访问文件，这时只修改客户进程的fsuid和fsgid。 
    (5) unsigned short suid，sgid; 
    suid和sgid是根据POSIX标准引入的，在系统调用改变uid和gid时，用于保留真正的uid和gid。 
    (6) int pid，pgrp，session; 
    进程标识号、进程的组织号及session标识号，相关系统调用(见程序kernel/sys.c)有sys_setpgid、sys_getpgid、sys_setpgrp、sys_getpgrp、sys_getsid及sys_setsid几种。 
    (7) int leader; 
    是否是session的主管，布尔量。
  2. 时间数据成员 
    (1) unsigned long timeout; 
    用于软件定时，指出进程间隔多久被重新唤醒。采用tick为单位。 
    (2) unsigned long it_real_value，it_real_iner; 
    用于itimer(interval timer)软件定时。采用jiffies为单位，每个tick使it_real_value减到0时向进程发信号SIGALRM，并重新置初值。初值由it_real_incr保存。具体代码见kernel/itimer.c中的函数it_real_fn()。 
    (3) struct timer_list real_timer; 
    一种定时器结构(Linux共有两种定时器结构，另一种称作old_timer)。数据结构的定义在include/linux/timer.h中，相关操作函数见kernel/sched.c中add_timer()和del_timer()等。 
    (4) unsigned long it_virt_value，it_virt_incr; 
    关于进程用户态执行时间的itimer软件定时。采用jiffies为单位。进程在用户态运行时，每个tick使it_virt_value减1，减到0时向进程发信号SIGVTALRM，并重新置初值。初值由it_virt_incr保存。具体代码见kernel/sched.c中的函数do_it_virt()。 
    (5) unsigned long it_prof_value，it_prof_incr; 
    同样是itimer软件定时。采用jiffies为单位。不管进程在用户态或内核态运行，每个tick使it_prof_value减1，减到0时向进程发信号SIGPROF，并重新置初值。初值由it_prof_incr保存。 具体代码见kernel/sched.c中的函数do_it_prof。 
    (6) long utime，stime，cutime，cstime，start_time; 
    以上分别为进程在用户态的运行时间、进程在内核态的运行时间、所有层次子进程在用户态的运行时间总和、所有层次子进程在核心态的运行时间总和，以及创建该进程的时间。
  3. 信号量数据成员 
    (1) struct sem_undo *semundo; 
    进程每操作一次信号量，都生成一个对此次操作的undo操作，它由sem_undo结构描述。这些属于同一进程的undo操作组成的链表就由semundo属性指示。当进程异常终止时，系统会调用undo操作。sem_undo的成员semadj指向一个数据数组，表示各次undo的量。结构定义在include/linux/sem.h。 
    (2) struct sem_queue *semsleeping; 
    每一信号量集合对应一个sem_queue等待队列(见include/linux/sem.h)。进程因操作该信号量集合而阻塞时，它被挂到semsleeping指示的关于该信号量集合的sem_queue队列。反过来，semsleeping。sleeper指向该进程的PCB。
  4. 进程上下文环境 
    (1) struct desc_struct *ldt; 
    进程关于CPU段式存储管理的局部描述符表的指针，用于仿真WINE Windows的程序。其他情况下取值NULL，进程的ldt就是arch/i386/traps.c定义的default_ldt。 
    (2) struct thread_struct tss; 
    任务状态段，其内容与INTEL CPU的TSS对应，如各种通用寄存器.CPU调度时，当前运行进程的TSS保存到PCB的tss，新选中进程的tss内容复制到CPU的TSS。结构定义在include/linux/tasks.h中。 
    (3) unsigned long saved_kernel_stack; 
    为MS-DOS的仿真程序(或叫系统调用vm86)保存的堆栈指针。 
    (4) unsigned long kernel_stack_page; 
    在内核态运行时，每个进程都有一个内核堆栈，其基地址就保存在kernel_stack_page中。
  5. 文件系统数据成员 
    (1) struct fs_struct *fs; 
    fs保存了进程本身与VFS的关系消息，其中root指向根目录结点，pwd指向当前目录结点，umask给出新建文件的访问模式(可由系统调用umask更改)，count是Linux保留的属性，如下页图所示。结构定义在include/linux/sched.h中。 
    (2) struct files_struct *files; 
    files包含了进程当前所打开的文件(struct file *fd[NR_OPEN])。在Linux中，一个进程最多只能同时打开NR_OPEN个文件。而且，前三项分别预先设置为标准输入、标准输出和出错消息输出文件。 
    (3) int link_count; 
    文件链(link)的数目。 
    Array. 内存数据成员 
    (1) struct mm_struct *mm; 
    在linux中，采用按需分页的策略解决进程的内存需求。task_struct的数据成员mm指向关于存储管理的mm_struct结构。其中包含了一个虚存队列mmap，指向由若干vm_area_struct描述的虚存块。同时，为了加快访问速度，mm中的mmap_avl维护了一个AVL树。在树中，所有的vm_area_struct虚存块均由左指针指向相邻的低虚存块，右指针指向相邻的高虚存块。 结构定义在include/linux/sched.h中。
  6. 页面管理 
    (1) int swappable:1; 
    进程占用的内存页面是否可换出。swappable为1表示可换出。对该标志的复位和置位均在do_fork()函数中执行(见kerenl/fork.c)。 
    (2) unsigned long swap_address; 
    虚存地址比swap_address低的进程页面，以前已经换出或已换出过，进程下一次可换出的页面自swap_address开始。参见swap_out_process()和swap_out_pmd()(见mm/vmscan.c)。 
    (3) unsigned long min_flt，maj_flt; 
    该进程累计的minor缺页次数和major缺页次数。maj_flt基本与min_flt相同，但计数的范围比后者广(参见fs/buffer.c和mm/page_alloc.c)。min_flt只在do_no_page()、do_wp_page()里(见mm/memory.c)计数新增的可以写操作的页面。 
    (4) unsigned long nswap; 
    该进程累计换出的页面数。 
    (5) unsigned long cmin_flt，cmaj_flt，cnswap; 
    以本进程作为祖先的所有层次子进程的累计换入页面、换出页面计数。 
    (6) unsigned long old_maj_flt，dec_flt; 
    (7) unsigned long swap_cnt; 
    下一次信号最多可换出的页数。
  7. 支持对称多处理器方式(SMP)时的数据成员 
    (1) int processor; 
    进程正在使用的CPU。 
    (2) int last_processor; 
    进程最后一次使用的CPU。 
    (3) int lock_depth; 
    上下文切换时系统内核锁的深度。
  8. 其它数据成员 
    (1) unsigned short used_math; 
    是否使用FPU。 
    (2) char comm[16]; 
    进程正在运行的可执行文件的文件名。 
    (3) struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS]; 
    结构rlimit用于资源管理，定义在linux/include/linux/resource.h中，成员共有两项:rlim_cur是资源的当前最大数目;rlim_max是资源可有的最大数目。在i386环境中，受控资源共有RLIM_NLIMITS项，即10项，定义在linux/include/asm/resource.h中，见下表: 
    (4) int errno; 
    最后一次出错的系统调用的错误号，0表示无错误。系统调用返回时，全程量也拥有该错误号。 
    (5) long debugreg[8]; 
    保存INTEL CPU调试寄存器的值，在ptrace系统调用中使用。 
    (6) struct exec_domain *exec_domain; 
    Linux可以运行由80386平台其它UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序。关于此类程序与Linux程序差异的消息就由exec_domain结构保存。 
    (7) unsigned long personality; 
    Linux可以运行由80386平台其它UNIX操作系统生成的符合iBCS2标准的程序。 Personality进一步描述进程执行的程序属于何种UNIX平台的“个性”信息。通常有PER_Linux、PER_Linux_32BIT、PER_Linux_EM86、PER_SVR3、PER_SCOSVR3、PER_WYSEV386、PER_ISCR4、PER_BSD、PER_XENIX和PER_MASK等，参见include/linux/personality.h。 
    (8) struct linux_binfmt *binfmt; 
    指向进程所属的全局执行文件格式结构，共有a。out、script、elf和java等四种。结构定义在include/linux/binfmts.h中(core_dump、load_shlib(fd)、load_binary、use_count)。 
    (Array) int exit_code，exit_signal; 
    引起进程退出的返回代码exit_code，引起错误的信号名exit_signal。 
    (10) int dumpable:1; 
    布尔量，表示出错时是否可以进行memory dump。 
    (11) int did_exec:1; 
    按POSIX要求设计的布尔量，区分进程是正在执行老程序代码，还是在执行execve装入的新代码。 
    (12) int tty_old_pgrp; 
    进程显示终端所在的组标识。 
    (13) struct tty_struct *tty; 
    指向进程所在的显示终端的信息。如果进程不需要显示终端，如0号进程，则该指针为空。结构定义在include/linux/tty.h中。 
    (14) struct wait_queue *wait_chldexit; 
    在进程结束时，或发出系统调用wait4后，为了等待子进程的结束，而将自己(父进程)睡眠在该队列上。结构定义在include/linux/wait.h中。
  9. 进程队列的全局变量 
    (1) current; 
    当前正在运行的进程的指针，在SMP中则指向CPU组中正被调度的CPU的当前进程:
#define current(0+current_set[smp_processor_id()])/*sched.h*/ struct task_struct *current_set[NR_CPUS];
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       (2) struct task_struct init_task; 
即0号进程的PCB，是进程的“根”，始终保持初值INIT_TASK。 
       (3) struct task_struct *task[NR_TASKS]; 
进程队列数组，规定系统可同时运行的最大进程数(见kernel/sched.c)。NR_TASKS定义在include/linux/tasks.h中，值为512。每个进程占一个数组元素(元素的下标不一定就是进程的pid)，task[0]必须指向init_task(0号进程)。可以通过task[]数组遍历所有进程的PCB。但Linux也提供一个宏定义for_each_task()(见include/linux/sched.h)，它通过next_task遍历所有进程的PCB: #define for_each_task(p) ＼ for(p=&init_task;(p=p->next_task)!=&init_task;)
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       (4) unsigned long volatile jiffies; 
Linux的基准时间(见kernal/sched.c)。系统初始化时清0，以后每隔10ms由时钟中断服务程序do_timer()增1。 
       (5) int need_resched; 
重新调度标志位(见kernal/sched.c)。当需要Linux调度时置位。在系统调用返回前(或者其它情形下)，判断该标志是否置位。置位的话，马上调用schedule进行CPU调度。 
       (6) unsigned long intr_count; 
记录中断服务程序的嵌套层数(见kernal/softirq.c)。正常运行时，intr_count为0。当处理硬件中断、执行任务队列中的任务或者执行bottom half队列中的任务时，intr_count非0。这时，内核禁止某些操作，例如不允许重新调度。

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