进程描述
  进程描述符(task_struct)

  用来描述进程的数据结构,可以理解为进程的属性。比如进程的状态、进程的标识(PID)等,都被封装在了进程描述符这个数据结构中,该数据结构被定义为task_struct
  进程控制块(PCB)
  是操作系统核心中一种数据结构,主要表示进程状态。
  进程状态
  image
  fork()
  fork()在父、子进程各返回一次。在父进程中返回子进程的 pid,在子进程中返回0。
  fork一个子进程的代码
  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <unistd.h>
  int main(int argc, char * argv[])
  {
  int pid;
  /* fork another process */
  pid = fork();
  if (pid < 0)
  {
  /* error occurred */
  fprintf(stderr,"Fork Failed!");
  exit(-1);
  }
  else if (pid == 0)
  {
  /* child process */
  printf("This is Child Process! ");
  }
  else
  { 
  /* parent process  */
  printf("This is Parent Process! ");
  /* parent will wait for the child to complete*/
  wait(NULL);
  printf("Child Complete! ");
  }
  }
  进程创建
  大致流程

  fork 通过0×80中断(系统调用)来陷入内核,由系统提供的相应系统调用来完成进程的创建。
  fork.c
  //fork
  #ifdef __ARCH_WANT_SYS_FORK
  SYSCALL_DEFINE0(fork)
  {
  #ifdef CONFIG_MMU
  return do_fork(SIGCHLD, 0, 0, NULL, NULL);
  #else
  /* can not support in nommu mode */
  return -EINVAL;
  #endif
  }
  #endif
  //vfork
  #ifdef __ARCH_WANT_SYS_VFORK
  SYSCALL_DEFINE0(vfork)
  {
  return do_fork(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0,
  0, NULL, NULL);
  }
  #endif
  //clone
  #ifdef __ARCH_WANT_SYS_CLONE
  #ifdef CONFIG_CLONE_BACKWARDS
  SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
  int __user *, parent_tidptr,
  int, tls_val,
  int __user *, child_tidptr)
  #elif defined(CONFIG_CLONE_BACKWARDS2)
  SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, newsp, unsigned long, clone_flags,
  int __user *, parent_tidptr,
  int __user *, child_tidptr,
  int, tls_val)
  #elif defined(CONFIG_CLONE_BACKWARDS3)
  SYSCALL_DEFINE6(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
  int, stack_size,
  int __user *, parent_tidptr,
  int __user *, child_tidptr,
  int, tls_val)
  #else
  SYSCALL_DEFINE5(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,
  int __user *, parent_tidptr,
  int __user *, child_tidptr,
  int, tls_val)
  #endif
  {
  return do_fork(clone_flags, newsp, 0, parent_tidptr, child_tidptr);
  }
  #endif
  通过看上边的代码,我们可以清楚的看到,不论是使用 fork 还是 vfork 来创建进程,终都是通过 do_fork() 方法来实现的。接下来我们可以追踪到 do_fork()的代码(部分代码,经过笔者的精简):
  long do_fork(unsigned long clone_flags,
  unsigned long stack_start,
  unsigned long stack_size,
  int __user *parent_tidptr,
  int __user *child_tidptr)
  {
  //创建进程描述符指针
  struct task_struct *p;
  //……
  //复制进程描述符,copy_process()的返回值是一个 task_struct 指针。
  p = copy_process(clone_flags, stack_start, stack_size,
  child_tidptr, NULL, trace);
  if (!IS_ERR(p)) {
  struct completion vfork;
  struct pid *pid;
  trace_sched_process_fork(current, p);
  //得到新创建的进程描述符中的pid
  pid = get_task_pid(p, PIDTYPE_PID);
  nr = pid_vnr(pid);
  if (clone_flags & CLONE_PARENT_SETTID)
  put_user(nr, parent_tidptr);
  //如果调用的 vfork()方法,初始化 vfork 完成处理信息。
  if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
  p->vfork_done = &vfork;
  init_completion(&vfork);
  get_task_struct(p);
  }
  //将子进程加入到调度器中,为其分配 CPU,准备执行
  wake_up_new_task(p);
  //fork 完成,子进程即将开始运行
  if (unlikely(trace))
  ptrace_event_pid(trace, pid);
  //如果是 vfork,将父进程加入至等待队列,等待子进程完成
  if (clone_flags & CLONE_VFORK) {
  if (!wait_for_vfork_done(p, &vfork))
  ptrace_event_pid(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE, pid);
  }
  put_pid(pid);
  } else {
  nr = PTR_ERR(p);
  }
  return nr;
  }
  do_fork 流程
  调用 copy_process 为子进程复制出一份进程信息
  如果是 vfork 初始化完成处理信息
  调用 wake_up_new_task 将子进程加入调度器,为之分配 CPU
  如果是 vfork,父进程等待子进程完成 exec 替换自己的地址空间
  copy_process 流程
  追踪copy_process 代码(部分)
  static struct task_struct *copy_process(unsigned long clone_flags,
  unsigned long stack_start,
  unsigned long stack_size,
  int __user *child_tidptr,
  struct pid *pid,
  int trace)
  {
  int retval;
  //创建进程描述符指针
  struct task_struct *p;
  //……
  //复制当前的 task_struct
  p = dup_task_struct(current);
  //……
  //初始化互斥变量 
  rt_mutex_init_task(p);
  //检查进程数是否超过限制,由操作系统定义
  if (atomic_read(&p->real_cred->user->processes) >=
  task_rlimit(p, RLIMIT_NPROC)) {
  if (p->real_cred->user != INIT_USER &&
  !capable(CAP_SYS_RESOURCE) && !capable(CAP_SYS_ADMIN))
  goto bad_fork_free;
  }
  //……
  //检查进程数是否超过 max_threads 由内存大小决定
  if (nr_threads >= max_threads)
  goto bad_fork_cleanup_count;
  //……
  //初始化自旋锁
  spin_lock_init(&p->alloc_lock);
  //初始化挂起信号
  init_sigpending(&p->pending);
  //初始化 CPU 定时器
  posix_cpu_timers_init(p);
  //……
  //初始化进程数据结构,并把进程状态设置为 TASK_RUNNING
  retval = sched_fork(clone_flags, p);
  //复制所有进程信息,包括文件系统、信号处理函数、信号、内存管理等