進(jìn)程是處于執(zhí)行期的程序以及它所管理的資源（如打開的文件、掛起的信號(hào)、進(jìn)程狀態(tài)、地址空間等等）的總稱。注意，程序并不是進(jìn)程，實(shí)際上兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程不僅有可能執(zhí)行同一程序，而且還有可能共享地址空間等資源。

Linux內(nèi)核通過(guò)一個(gè)被稱為進(jìn)程描述符的task_struct結(jié)構(gòu)體來(lái)管理進(jìn)程，這個(gè)結(jié)構(gòu)體包含了一個(gè)進(jìn)程所需的所有信息。它定義在include/linux/sched.h文件中。

談到task_struct結(jié)構(gòu)體，可以說(shuō)她是linux內(nèi)核源碼中最復(fù)雜的一個(gè)結(jié)構(gòu)體了，成員之多，占用內(nèi)存之大。

鑒于她的復(fù)雜，我們不能簡(jiǎn)單的褻瀆，而是要深入“窺探”.

下面來(lái)慢慢介紹這些復(fù)雜成員

進(jìn)程狀態(tài)

volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */

state成員的可能取值如下

/*

* Task state bitmask. NOTE! These bits are also

* encoded in fs/proc/array.c: get_task_state().

*

* We have two separate sets of flags: task->state

* is about runnability, while task->exit_state are

* about the task exiting. Confusing, but this way

* modifying one set can't modify the other one by

* mistake.

*/

#define TASK_RUNNING 0

#define TASK_INTERRUPTIBLE 1

#define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2

#define __TASK_STOPPED 4

#define __TASK_TRACED 8

/* in tsk->exit_state */

#define EXIT_DEAD 16

#define EXIT_ZOMBIE 32

#define EXIT_TRACE (EXIT_ZOMBIE | EXIT_DEAD)

/* in tsk->state again */

#define TASK_DEAD 64

#define TASK_WAKEKILL 128 /** wake on signals that are deadly **/

#define TASK_WAKING 256

#define TASK_PARKED 512

#define TASK_NOLOAD 1024

#define TASK_STATE_MAX 2048

/* Convenience macros for the sake of set_task_state */

#define TASK_KILLABLE (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)

#define TASK_STOPPED (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)

#define TASK_TRACED (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)

5個(gè)互斥狀態(tài)

state域能夠取5個(gè)互為排斥的值（通俗一點(diǎn)就是這五個(gè)值任意兩個(gè)不能一起使用，只能單獨(dú)使用）。系統(tǒng)中的每個(gè)進(jìn)程都必然處于以上所列進(jìn)程狀態(tài)中的一種。

2個(gè)終止?fàn)顟B(tài)

其實(shí)還有兩個(gè)附加的進(jìn)程狀態(tài)既可以被添加到state域中，又可以被添加到exit_state域中。只有當(dāng)進(jìn)程終止的時(shí)候，才會(huì)達(dá)到這兩種狀態(tài).

/* task state */

int exit_state;

int exit_code, exit_signal;

新增睡眠狀態(tài)

進(jìn)程狀態(tài) TASK_UNINTERRUPTIBLE 和 TASK_INTERRUPTIBLE 都是睡眠狀態(tài)?，F(xiàn)在，我們來(lái)看看內(nèi)核如何將進(jìn)程置為睡眠狀態(tài)。

內(nèi)核如何將進(jìn)程置為睡眠狀態(tài)

Linux 內(nèi)核提供了兩種方法將進(jìn)程置為睡眠狀態(tài)。

將進(jìn)程置為睡眠狀態(tài)的普通方法是將進(jìn)程狀態(tài)設(shè)置為 TASK_INTERRUPTIBLE 或 TASK_UNINTERRUPTIBLE 并調(diào)用調(diào)度程序的 schedule() 函數(shù)。這樣會(huì)將進(jìn)程從 CPU 運(yùn)行隊(duì)列中移除。

• 如果進(jìn)程處于可中斷模式的睡眠狀態(tài)（通過(guò)將其狀態(tài)設(shè)置為 TASK_INTERRUPTIBLE），那么可以通過(guò)顯式的喚醒呼叫（wakeup_process()）或需要處理的信號(hào)來(lái)喚醒它。

• 但是，如果進(jìn)程處于非可中斷模式的睡眠狀態(tài)（通過(guò)將其狀態(tài)設(shè)置為 TASK_UNINTERRUPTIBLE），那么只能通過(guò)顯式的喚醒呼叫將其喚醒。除非萬(wàn)不得已，否則我們建議您將進(jìn)程置為可中斷睡眠模式，而不是不可中斷睡眠模式（比如說(shuō)在設(shè)備 I/O 期間，處理信號(hào)非常困難時(shí)）。

當(dāng)處于可中斷睡眠模式的任務(wù)接收到信號(hào)時(shí)，它需要處理該信號(hào)（除非它已被屏弊），離開之前正在處理的任務(wù)（此處需要清除代碼），并將 -EINTR 返回給用戶空間。再一次，檢查這些返回代碼和采取適當(dāng)操作的工作將由程序員完成。

因此，懶惰的程序員可能比較喜歡將進(jìn)程置為不可中斷模式的睡眠狀態(tài)，因?yàn)樾盘?hào)不會(huì)喚醒這類任務(wù)。

但需要注意的一種情況是，對(duì)不可中斷睡眠模式的進(jìn)程的喚醒呼叫可能會(huì)由于某些原因不會(huì)發(fā)生，這會(huì)使進(jìn)程無(wú)法被終止，從而最終引發(fā)問(wèn)題，因?yàn)槲┮坏慕鉀Q方法就是重啟系統(tǒng)。一方面，您需要考慮一些細(xì)節(jié)，因?yàn)椴贿@樣做會(huì)在內(nèi)核端和用戶端引入 bug。另一方面，您可能會(huì)生成永遠(yuǎn)不會(huì)停止的進(jìn)程（被阻塞且無(wú)法終止的進(jìn)程）。

現(xiàn)在，我們?cè)趦?nèi)核中實(shí)現(xiàn)了一種新的睡眠方法

Linux Kernel 2.6.25 引入了一種新的進(jìn)程睡眠狀態(tài)

它定義如下：

#define TASK_WAKEKILL 128 /** wake on signals that are deadly **/

/* Convenience macros for the sake of set_task_state */

#define TASK_KILLABLE (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE)

#define TASK_STOPPED (TASK_WAKEKILL | __TASK_STOPPED)

#define TASK_TRACED (TASK_WAKEKILL | __TASK_TRACED)

換句話說(shuō)，TASK_UNINTERRUPTIBLE + TASK_WAKEKILL = TASK_KILLABLE。

而TASK_WAKEKILL 用于在接收到致命信號(hào)時(shí)喚醒進(jìn)程

新的睡眠狀態(tài)允許 TASK_UNINTERRUPTIBLE 響應(yīng)致命信號(hào)

進(jìn)程狀態(tài)的切換過(guò)程和原因大致如下圖

進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（PID）

pid_t pid;

pid_t tgid;

Unix系統(tǒng)通過(guò)pid來(lái)標(biāo)識(shí)進(jìn)程，linux把不同的pid與系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程或輕量級(jí)線程關(guān)聯(lián)，而unix程序員希望同一組線程具有共同的pid，遵照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)linux引入線程組的概念。一個(gè)線程組所有線程與領(lǐng)頭線程具有相同的pid，存入tgid字段，getpid()返回當(dāng)前進(jìn)程的tgid值而不是pid的值。

在CONFIG_BASE_SMALL配置為0的情況下，PID的取值范圍是0到32767，即系統(tǒng)中的進(jìn)程數(shù)最大為32768個(gè)。

#define PID_MAX_DEFAULT (CONFIG_BASE_SMALL ? 0x1000 : 0x8000)

在Linux系統(tǒng)中，一個(gè)線程組中的所有線程使用和該線程組的領(lǐng)頭線程（該組中的第一個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程）相同的PID，并被存放在tgid成員中。只有線程組的領(lǐng)頭線程的pid成員才會(huì)被設(shè)置為與tgid相同的值。注意，getpid()系統(tǒng)調(diào)用返回的是當(dāng)前進(jìn)程的tgid值而不是pid值。

進(jìn)程內(nèi)核棧

void *stack;

內(nèi)核棧與線程描述符

對(duì)每個(gè)進(jìn)程，Linux內(nèi)核都把兩個(gè)不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊的存放在一個(gè)單獨(dú)為進(jìn)程分配的內(nèi)存區(qū)域中

• 一個(gè)是內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程堆棧，

• 另一個(gè)是緊挨著進(jìn)程描述符的小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)thread_info，叫做線程描述符。

Linux把thread_info（線程描述符）和內(nèi)核態(tài)的線程堆棧存放在一起，這塊區(qū)域通常是8192K（占兩個(gè)頁(yè)框），其實(shí)地址必須是8192的整數(shù)倍。

在
linux/arch/x86/include/asm/page_32_types.h中，

#define THREAD_SIZE_ORDER 1

#define THREAD_SIZE (PAGE_SIZE << THREAD_SIZE_ORDER)

出于效率考慮，內(nèi)核讓這8K空間占據(jù)連續(xù)的兩個(gè)頁(yè)框并讓第一個(gè)頁(yè)框的起始地址是213的倍數(shù)。

內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程訪問(wèn)處于內(nèi)核數(shù)據(jù)段的棧，這個(gè)棧不同于用戶態(tài)的進(jìn)程所用的棧。

用戶態(tài)進(jìn)程所用的棧，是在進(jìn)程線性地址空間中；

而內(nèi)核棧是當(dāng)進(jìn)程從用戶空間進(jìn)入內(nèi)核空間時(shí)，特權(quán)級(jí)發(fā)生變化，需要切換堆棧，那么內(nèi)核空間中使用的就是這個(gè)內(nèi)核棧。因?yàn)閮?nèi)核控制路徑使用很少的?？臻g，所以只需要幾千個(gè)字節(jié)的內(nèi)核態(tài)堆棧。

需要注意的是，內(nèi)核態(tài)堆棧僅用于內(nèi)核例程，Linux內(nèi)核另外為中斷提供了單獨(dú)的硬中斷棧和軟中斷棧

下圖中顯示了在物理內(nèi)存中存放兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的方式。線程描述符駐留與這個(gè)內(nèi)存區(qū)的開始，而棧頂末端向下增長(zhǎng)。下圖摘自ULK3,進(jìn)程內(nèi)核棧與進(jìn)程描述符的關(guān)系如下圖：

但是較新的內(nèi)核代碼中，進(jìn)程描述符task_struct結(jié)構(gòu)中沒(méi)有直接指向thread_info結(jié)構(gòu)的指針，而是用一個(gè)void指針類型的成員表示，然后通過(guò)類型轉(zhuǎn)換來(lái)訪問(wèn)thread_info結(jié)構(gòu)。

相關(guān)代碼在include/linux/sched.h中

#define task_thread_info(task) ((struct thread_info *)(task)->stack)

在這個(gè)圖中，esp寄存器是CPU棧指針，用來(lái)存放棧頂單元的地址。在80x86系統(tǒng)中，棧起始于頂端，并朝著這個(gè)內(nèi)存區(qū)開始的方向增長(zhǎng)。從用戶態(tài)剛切換到內(nèi)核態(tài)以后，進(jìn)程的內(nèi)核?？偸强盏?。因此，esp寄存器指向這個(gè)棧的頂端。一旦數(shù)據(jù)寫入堆棧，esp的值就遞減。

內(nèi)核棧數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述thread_info和thread_union

thread_info是體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的，結(jié)構(gòu)的定義在thread_info.h中

Linux內(nèi)核中使用一個(gè)聯(lián)合體來(lái)表示一個(gè)進(jìn)程的線程描述符和內(nèi)核棧：

union thread_union

{

struct thread_info thread_info;

unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];

};

獲取當(dāng)前在CPU上正在運(yùn)行進(jìn)程的thread_info

下面來(lái)說(shuō)說(shuō)如何通過(guò)esp棧指針來(lái)獲取當(dāng)前在CPU上正在運(yùn)行進(jìn)程的thread_info結(jié)構(gòu)。

實(shí)際上，上面提到，thread_info結(jié)構(gòu)和內(nèi)核態(tài)堆棧是緊密結(jié)合在一起的，占據(jù)兩個(gè)頁(yè)框的物理內(nèi)存空間。而且，這兩個(gè)頁(yè)框的起始起始地址是213對(duì)齊的。

早期的版本中，不需要對(duì)64位處理器的支持，所以，內(nèi)核通過(guò)簡(jiǎn)單的屏蔽掉esp的低13位有效位就可以獲得thread_info結(jié)構(gòu)的基地址了。

我們?cè)谙旅鎸?duì)比了，獲取正在運(yùn)行的進(jìn)程的thread_info的實(shí)現(xiàn)方式

早期版本

當(dāng)前的棧指針(current_stack_pointer == sp)就是esp，

THREAD_SIZE為8K，二進(jìn)制的表示為0000 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000。

~(THREAD_SIZE-1)的結(jié)果剛好為1111 1111 1111 1111 1110 0000 0000 0000，第十三位是全為零，也就是剛好屏蔽了esp的低十三位，最終得到的是thread_info的地址。

進(jìn)程最常用的是進(jìn)程描述符結(jié)構(gòu)task_struct而不是thread_info結(jié)構(gòu)的地址。為了獲取當(dāng)前CPU上運(yùn)行進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)，內(nèi)核提供了current宏，由于task_struct *task在thread_info的起始位置，該宏本質(zhì)上等價(jià)于current_thread_info()->task，在
include/asm-generic/current.h中定義：

#define get_current() (current_thread_info()->task)

#define current get_current()

這個(gè)定義是體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的，當(dāng)然linux也為各個(gè)體系結(jié)構(gòu)定義了更加方便或者快速的current

分配和銷毀thread_info

進(jìn)程通過(guò)alloc_thread_info_node函數(shù)分配它的內(nèi)核棧，通過(guò)free_thread_info函數(shù)釋放所分配的內(nèi)核棧。

# if THREAD_SIZE >= PAGE_SIZE

static struct thread_info *alloc_thread_info_node(struct task_struct *tsk,

int node)

{

struct page *page = alloc_kmem_pages_node(node, THREADINFO_GFP,

THREAD_SIZE_ORDER);

return page ? page_address(page) : NULL;

}

static inline void free_thread_info(struct thread_info *ti)

{

free_kmem_pages((unsigned long)ti, THREAD_SIZE_ORDER);

}

# else

static struct kmem_cache *thread_info_cache;

static struct thread_info *alloc_thread_info_node(struct task_struct *tsk,

int node)

{

return kmem_cache_alloc_node(thread_info_cache, THREADINFO_GFP, node);

}

static void free_thread_info(struct thread_info *ti)

{

kmem_cache_free(thread_info_cache, ti);

}

其中，THREAD_SIZE_ORDER宏的定義請(qǐng)查看

進(jìn)程標(biāo)記

unsigned int flags; /* per process flags, defined below */

反應(yīng)進(jìn)程狀態(tài)的信息，但不是運(yùn)行狀態(tài)，用于內(nèi)核識(shí)別進(jìn)程當(dāng)前的狀態(tài)，以備下一步操作

flags成員的可能取值如下，這些宏以PF(ProcessFlag)開頭

例如

PF_FORKNOEXEC 進(jìn)程剛創(chuàng)建，但還沒(méi)執(zhí)行。

PF_SUPERPRIV 超級(jí)用戶特權(quán)。

PF_DUMPCORE dumped core。

PF_SIGNALED 進(jìn)程被信號(hào)(signal)殺出。

PF_EXITING 進(jìn)程開始關(guān)閉。

/*

* Per process flags

*/

#define PF_EXITING 0x00000004 /* getting shut down */

#define PF_EXITPIDONE 0x00000008 /* pi exit done on shut down */

#define PF_VCPU 0x00000010 /* I'm a virtual CPU */

#define PF_WQ_WORKER 0x00000020 /* I'm a workqueue worker */

#define PF_FORKNOEXEC 0x00000040 /* forked but didn't exec */

#define PF_MCE_PROCESS 0x00000080 /* process policy on mce errors */

#define PF_SUPERPRIV 0x00000100 /* used super-user privileges */

#define PF_DUMPCORE 0x00000200 /* dumped core */

#define PF_SIGNALED 0x00000400 /* killed by a signal */

#define PF_MEMALLOC 0x00000800 /* Allocating memory */

#define PF_NPROC_EXCEEDED 0x00001000 /* set_user noticed that RLIMIT_NPROC was exceeded */

#define PF_USED_MATH 0x00002000 /* if unset the fpu must be initialized before use */

#define PF_USED_ASYNC 0x00004000 /* used async_schedule*(), used by module init */

#define PF_NOFREEZE 0x00008000 /* this thread should not be frozen */

#define PF_FROZEN 0x00010000 /* frozen for system suspend */

#define PF_FSTRANS 0x00020000 /* inside a filesystem transaction */

#define PF_KSWAPD 0x00040000 /* I am kswapd */

#define PF_MEMALLOC_NOIO 0x00080000 /* Allocating memory without IO involved */

#define PF_LESS_THROTTLE 0x00100000 /* Throttle me less: I clean memory */

#define PF_KTHREAD 0x00200000 /* I am a kernel thread */

#define PF_RANDOMIZE 0x00400000 /* randomize virtual address space */

#define PF_SWAPWRITE 0x00800000 /* Allowed to write to swap */

#define PF_NO_SETAFFINITY 0x04000000 /* Userland is not allowed to meddle with cpus_allowed */

#define PF_MCE_EARLY 0x08000000 /* Early kill for mce process policy */

#define PF_MUTEX_TESTER 0x20000000 /* Thread belongs to the rt mutex tester */

#define PF_FREEZER_SKIP 0x40000000 /* Freezer should not count it as freezable */

#define PF_SUSPEND_TASK 0x80000000 /* this thread called freeze_processes and should not be frozen */

表示進(jìn)程親屬關(guān)系的成員

/*

* pointers to (original) parent process, youngest child, younger sibling,

* older sibling, respectively. (p->father can be replaced with

* p->real_parent->pid)

*/

struct task_struct __rcu *real_parent; /* real parent process */

struct task_struct __rcu *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */

/*

* children/sibling forms the list of my natural children

*/

struct list_head children; /* list of my children */

struct list_head sibling; /* linkage in my parent's children list */

struct task_struct *group_leader; /* threadgroup leader */

在Linux系統(tǒng)中，所有進(jìn)程之間都有著直接或間接地聯(lián)系，每個(gè)進(jìn)程都有其父進(jìn)程，也可能有零個(gè)或多個(gè)子進(jìn)程。擁有同一父進(jìn)程的所有進(jìn)程具有兄弟關(guān)系。

ptrace系統(tǒng)調(diào)用

Ptrace 提供了一種父進(jìn)程可以控制子進(jìn)程運(yùn)行，并可以檢查和改變它的核心image。

它主要用于實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)調(diào)試。一個(gè)被跟蹤的進(jìn)程運(yùn)行中，直到發(fā)生一個(gè)信號(hào)。則進(jìn)程被中止，并且通知其父進(jìn)程。在進(jìn)程中止的狀態(tài)下，進(jìn)程的內(nèi)存空間可以被讀寫。父進(jìn)程還可以使子進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行，并選擇是否是否忽略引起中止的信號(hào)。

unsigned int ptrace;

ptraced is the list of tasks this task is using ptrace on.

* This includes both natural children and PTRACE_ATTACH targets.

* p->ptrace_entry is p's link on the p->parent->ptraced list.

*/

struct list_head ptraced;

struct list_head ptrace_entry;

unsigned long ptrace_message;

siginfo_t *last_siginfo; /* For ptrace use. */

成員ptrace被設(shè)置為0時(shí)表示不需要被跟蹤，它的可能取值如下：

/*

* Ptrace flags

*

* The owner ship rules for task->ptrace which holds the ptrace

* flags is simple. When a task is running it owns it's task->ptrace

* flags. When the a task is stopped the ptracer owns task->ptrace.

*/

#define PT_SEIZED 0x00010000 /* SEIZE used, enable new behavior */

#define PT_PTRACED 0x00000001

#define PT_DTRACE 0x00000002 /* delayed trace (used on m68k, i386) */

#define PT_PTRACE_CAP 0x00000004 /* ptracer can follow suid-exec */

#define PT_OPT_FLAG_SHIFT 3

/* PT_TRACE_* event enable flags */

#define PT_EVENT_FLAG(event) (1 << (PT_OPT_FLAG_SHIFT + (event)))

#define PT_TRACESYSGOOD PT_EVENT_FLAG(0)

#define PT_TRACE_FORK PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_FORK)

#define PT_TRACE_VFORK PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_VFORK)

#define PT_TRACE_CLONE PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_CLONE)

#define PT_TRACE_EXEC PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_EXEC)

#define PT_TRACE_VFORK_DONE PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_VFORK_DONE)

#define PT_TRACE_EXIT PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_EXIT)

#define PT_TRACE_SECCOMP PT_EVENT_FLAG(PTRACE_EVENT_SECCOMP)

#define PT_EXITKILL (PTRACE_O_EXITKILL << PT_OPT_FLAG_SHIFT)

#define PT_SUSPEND_SECCOMP (PTRACE_O_SUSPEND_SECCOMP << PT_OPT_FLAG_SHIFT)

/* single stepping state bits (used on ARM and PA-RISC) */

#define PT_SINGLESTEP_BIT 31

#define PT_SINGLESTEP (1<

#define PT_BLOCKSTEP_BIT 30

#define PT_BLOCKSTEP (1<

Performance Event

Performance Event是一款隨 Linux 內(nèi)核代碼一同發(fā)布和維護(hù)的性能診斷工具。這些成員用于幫助PerformanceEvent分析進(jìn)程的性能問(wèn)題。

#ifdef CONFIG_PERF_EVENTS

struct perf_event_context *perf_event_ctxp[perf_nr_task_contexts];

struct mutex perf_event_mutex;

struct list_head perf_event_list;

#endif

進(jìn)程調(diào)度

優(yōu)先級(jí)

int prio, static_prio, normal_prio;

unsigned int rt_priority;

實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)范圍是0到MAX_RT_PRIO-1（即99），而普通進(jìn)程的靜態(tài)優(yōu)先級(jí)范圍是從MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1（即100到139）。值越大靜態(tài)優(yōu)先級(jí)越低。

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched/prio.h#L21 */

#define MAX_USER_RT_PRIO 100

#define MAX_RT_PRIO MAX_USER_RT_PRIO

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched/prio.h#L24 */

#define MAX_PRIO (MAX_RT_PRIO + 40)

#define DEFAULT_PRIO (MAX_RT_PRIO + 20)

調(diào)度策略相關(guān)字段

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.5#L1426 */

unsigned int policy;

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?v=4.5#L1409 */

const struct sched_class *sched_class;

struct sched_entity se;

struct sched_rt_entity rt;

cpumask_t cpus_allowed;

調(diào)度策略

policy表示進(jìn)程的調(diào)度策略，目前主要有以下五種：

/*

* Scheduling policies

*/

#define SCHED_NORMAL 0

#define SCHED_FIFO 1

#define SCHED_RR 2

#define SCHED_BATCH 3

/* SCHED_ISO: reserved but not implemented yet */

#define SCHED_IDLE 5

#define SCHED_DEADLINE 6

調(diào)度類

sched_class結(jié)構(gòu)體表示調(diào)度類，目前內(nèi)核中有實(shí)現(xiàn)以下四種：

extern const struct sched_class stop_sched_class;

extern const struct sched_class dl_sched_class;

extern const struct sched_class rt_sched_class;

extern const struct sched_class fair_sched_class;

extern const struct sched_class idle_sched_class;

目前系統(tǒng)中,Scheduling Class的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)镾topTask > RealTime > Fair > IdleTask

開發(fā)者可以根據(jù)己的設(shè)計(jì)需求,來(lái)把所屬的Task配置到不同的Scheduling Class中.

進(jìn)程地址空間

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?V=4.5#L1453 */

struct mm_struct *mm, *active_mm;

/* per-thread vma caching */

u32 vmacache_seqnum;

struct vm_area_struct *vmacache[VMACACHE_SIZE];

#if defined(SPLIT_RSS_COUNTING)

struct task_rss_stat rss_stat;

#endif

/* http://lxr.free-electrons.com/source/include/linux/sched.h?V=4.5#L1484 */

#ifdef CONFIG_COMPAT_BRK

unsigned brk_randomized:1;

#endif

因此如果當(dāng)前內(nèi)核線程被調(diào)度之前運(yùn)行的也是另外一個(gè)內(nèi)核線程時(shí)候，那么其mm和avtive_mm都是NULL

判斷標(biāo)志

int exit_code, exit_signal;

int pdeath_signal; /* The signal sent when the parent dies */

unsigned long jobctl; /* JOBCTL_*, siglock protected */

/* Used for emulating ABI behavior of previous Linux versions */

unsigned int personality;

/* scheduler bits, serialized by scheduler locks */

unsigned sched_reset_on_fork:1;

unsigned sched_contributes_to_load:1;

unsigned sched_migrated:1;

unsigned :0; /* force alignment to the next boundary */

/* unserialized, strictly 'current' */

unsigned in_execve:1; /* bit to tell LSMs we're in execve */

unsigned in_iowait:1;

時(shí)間

cputime_t utime, stime, utimescaled, stimescaled;

cputime_t gtime;

struct prev_cputime prev_cputime;

#ifdef CONFIG_VIRT_CPU_ACCOUNTING_GEN

seqcount_t vtime_seqcount;

unsigned long long vtime_snap;

enum {

/* Task is sleeping or running in a CPU with VTIME inactive */

VTIME_INACTIVE = 0,

/* Task runs in userspace in a CPU with VTIME active */

VTIME_USER,

/* Task runs in kernelspace in a CPU with VTIME active */

VTIME_SYS,

} vtime_snap_whence;

#endif

unsigned long nvcsw, nivcsw; /* context switch counts */

u64 start_time; /* monotonic time in nsec */

u64 real_start_time; /* boot based time in nsec */

/* mm fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific */

unsigned long min_flt, maj_flt;

struct task_cputime cputime_expires;

struct list_head cpu_timers[3];

/* process credentials */

const struct cred __rcu *real_cred; /* objective and real subjective task

* credentials (COW) */

const struct cred __rcu *cred; /* effective (overridable) subjective task

* credentials (COW) */

char comm[TASK_COMM_LEN]; /* executable name excluding path

- access with [gs]et_task_comm (which lock

it with task_lock())

- initialized normally by setup_new_exec */

/* file system info */

struct nameidata *nameidata;

#ifdef CONFIG_SYSVIPC

/* ipc stuff */

struct sysv_sem sysvsem;

struct sysv_shm sysvshm;

#endif

#ifdef CONFIG_DETECT_HUNG_TASK

/* hung task detection */

unsigned long last_switch_count;

#endif

信號(hào)處理

/* signal handlers */

struct signal_struct *signal;

struct sighand_struct *sighand;

1583

sigset_t blocked, real_blocked;

sigset_t saved_sigmask; /* restored if set_restore_sigmask() was used */

struct sigpending pending;

1587

unsigned long sas_ss_sp;

size_t sas_ss_size;

其他

（1）、用于保護(hù)資源分配或釋放的自旋鎖

/* Protection of (de-)allocation: mm, files, fs, tty, keyrings, mems_allowed,

* mempolicy */

spinlock_t alloc_lock;

（2）、進(jìn)程描述符使用計(jì)數(shù)，被置為2時(shí)，表示進(jìn)程描述符正在被使用而且其相應(yīng)的進(jìn)程處于活動(dòng)狀態(tài)

atomic_t usage;

（3）、用于表示獲取大內(nèi)核鎖的次數(shù)，如果進(jìn)程未獲得過(guò)鎖，則置為-1。

int lock_depth; /* BKL lock depth */

（4）、在SMP上幫助實(shí)現(xiàn)無(wú)加鎖的進(jìn)程切換（unlocked context switches）

#ifdef CONFIG_SMP

#ifdef __ARCH_WANT_UNLOCKED_CTXSW

int oncpu;

#endif

#endif

（5）、preempt_notifier結(jié)構(gòu)體鏈表

#ifdef CONFIG_PREEMPT_NOTIFIERS

/* list of struct preempt_notifier: */

struct hlist_head preempt_notifiers;

#endif

（6）、FPU使用計(jì)數(shù)

unsigned char fpu_counter;

（7）、 blktrace是一個(gè)針對(duì)Linux內(nèi)核中塊設(shè)備I/O層的跟蹤工具。

#ifdef CONFIG_BLK_DEV_IO_TRACE

unsigned int btrace_seq;

#endif

（8）、RCU同步原語(yǔ)

#ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU

int rcu_read_lock_nesting;

char rcu_read_unlock_special;

struct list_head rcu_node_entry;

#endif /* #ifdef CONFIG_PREEMPT_RCU */

#ifdef CONFIG_TREE_PREEMPT_RCU

struct rcu_node *rcu_blocked_node;

#endif /* #ifdef CONFIG_TREE_PREEMPT_RCU */

#ifdef CONFIG_RCU_BOOST

struct rt_mutex *rcu_boost_mutex;

#endif /* #ifdef CONFIG_RCU_BOOST */

（9）、用于調(diào)度器統(tǒng)計(jì)進(jìn)程的運(yùn)行信息

#if defined(CONFIG_SCHEDSTATS) || defined(CONFIG_TASK_DELAY_ACCT)

struct sched_info sched_info;

#endif

（10）、用于構(gòu)建進(jìn)程鏈表

struct list_head tasks;

（11）、to limit pushing to one attempt

#ifdef CONFIG_SMP

struct plist_node pushable_tasks;

#endif

（12）、防止內(nèi)核堆棧溢出

#ifdef CONFIG_CC_STACKPROTECTOR

/* Canary value for the -fstack-protector gcc feature */

unsigned long stack_canary;

#endif

在GCC編譯內(nèi)核時(shí)，需要加上-fstack-protector選項(xiàng)。

（13）、PID散列表和鏈表

/* PID/PID hash table linkage. */

struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];

struct list_head thread_group; //線程組中所有進(jìn)程的鏈表

（14）、do_fork函數(shù)

struct completion *vfork_done; /* for vfork() */

int __user *set_child_tid; /* CLONE_CHILD_SETTID */

int __user *clear_child_tid; /* CLONE_CHILD_CLEARTID */

在執(zhí)行do_fork()時(shí)，如果給定特別標(biāo)志，則vfork_done會(huì)指向一個(gè)特殊地址。

如果copy_process函數(shù)的clone_flags參數(shù)的值被置為CLONE_CHILD_SETTID或CLONE_CHILD_CLEARTID，則會(huì)把child_tidptr參數(shù)的值分別復(fù)制到set_child_tid和clear_child_tid成員。這些標(biāo)志說(shuō)明必須改變子進(jìn)程用戶態(tài)地址空間的child_tidptr所指向的變量的值。

（15）、缺頁(yè)統(tǒng)計(jì)

/* mm fault and swap info: this can arguably be seen as either mm-specific or thread-specific */

unsigned long min_flt, maj_flt;

（16）、進(jìn)程權(quán)能

const struct cred __rcu *real_cred; /* objective and real subjective task

* credentials (COW) */

const struct cred __rcu *cred; /* effective (overridable) subjective task

* credentials (COW) */

struct cred *replacement_session_keyring; /* for KEYCTL_SESSION_TO_PARENT */

（17）、相應(yīng)的程序名

char comm[TASK_COMM_LEN];

（18）、文件

/* file system info */

int link_count, total_link_count;

/* filesystem information */

struct fs_struct *fs;

/* open file information */

struct files_struct *files;

fs用來(lái)表示進(jìn)程與文件系統(tǒng)的聯(lián)系，包括當(dāng)前目錄和根目錄。

files表示進(jìn)程當(dāng)前打開的文件。

（19）、進(jìn)程通信（SYSVIPC）

#ifdef CONFIG_SYSVIPC

/* ipc stuff */

struct sysv_sem sysvsem;

#endif

（20）、處理器特有數(shù)據(jù)

/* CPU-specific state of this task */

struct thread_struct thread;

（21）、命名空間

/* namespaces */

struct nsproxy *nsproxy;

（22）、進(jìn)程審計(jì)

struct audit_context *audit_context;

#ifdef CONFIG_AUDITSYSCALL

uid_t loginuid;

unsigned int sessionid;

#endif

（23）、secure computing

seccomp_t seccomp;

（24）、用于copy_process函數(shù)使用CLONE_PARENT 標(biāo)記時(shí)

/* Thread group tracking */

u32 parent_exec_id;

u32 self_exec_id;

（25）、中斷

#ifdef CONFIG_GENERIC_HARDIRQS

/* IRQ handler threads */

struct irqaction *irqaction;

#endif

#ifdef CONFIG_TRACE_IRQFLAGS

unsigned int irq_events;

unsigned long hardirq_enable_ip;

unsigned long hardirq_disable_ip;

unsigned int hardirq_enable_event;

unsigned int hardirq_disable_event;

int hardirqs_enabled;

int hardirq_context;

unsigned long softirq_disable_ip;

unsigned long softirq_enable_ip;

unsigned int softirq_disable_event;

unsigned int softirq_enable_event;

int softirqs_enabled;

int softirq_context;

#endif

（26）、task_rq_lock函數(shù)所使用的鎖

/* Protection of the PI data structures: */

raw_spinlock_t pi_lock;

（27）、基于PI協(xié)議的等待互斥鎖，其中PI指的是priority inheritance（優(yōu)先級(jí)繼承）

#ifdef CONFIG_RT_MUTEXES

/* PI waiters blocked on a rt_mutex held by this task */

struct plist_head pi_waiters;

/* Deadlock detection and priority inheritance handling */

struct rt_mutex_waiter *pi_blocked_on;

#endif

（28）、死鎖檢測(cè)

#ifdef CONFIG_DEBUG_MUTEXES

/* mutex deadlock detection */

struct mutex_waiter *blocked_on;

#endif

（29）、JFS文件系統(tǒng)

/* journalling filesystem info */

void *journal_info;

（30）、塊設(shè)備鏈表

/* stacked block device info */

struct bio_list *bio_list;

（31）、內(nèi)存回收

struct reclaim_state *reclaim_state;

（32）、存放塊設(shè)備I/O數(shù)據(jù)流量信息

struct backing_dev_info *backing_dev_info;

（33）、I/O調(diào)度器所使用的信息

struct io_context *io_context;

（34）、記錄進(jìn)程的I/O計(jì)數(shù)

struct task_io_accounting ioac;

if defined(CONFIG_TASK_XACCT)

u64 acct_rss_mem1; /* accumulated rss usage */

u64 acct_vm_mem1; /* accumulated virtual memory usage */

cputime_t acct_timexpd; /* stime + utime since last update */

endif

在Ubuntu 11.04上，執(zhí)行cat獲得進(jìn)程1的I/O計(jì)數(shù)如下：

輸出的數(shù)據(jù)項(xiàng)剛好是task_io_accounting結(jié)構(gòu)體的所有成員。

（35）、CPUSET功能

#ifdef CONFIG_CPUSETS

nodemask_t mems_allowed; /* Protected by alloc_lock */

int mems_allowed_change_disable;

int cpuset_mem_spread_rotor;

int cpuset_slab_spread_rotor;

#endif

（36）、Control Groups

#ifdef CONFIG_CGROUPS

/* Control Group info protected by css_set_lock */

struct css_set __rcu *cgroups;

/* cg_list protected by css_set_lock and tsk->alloc_lock */

struct list_head cg_list;

#endif

#ifdef CONFIG_CGROUP_MEM_RES_CTLR /* memcg uses this to do batch job */

struct memcg_batch_info {

int do_batch; /* incremented when batch uncharge started */

struct mem_cgroup *memcg; /* target memcg of uncharge */

unsigned long bytes; /* uncharged usage */

unsigned long memsw_bytes; /* uncharged mem+swap usage */

} memcg_batch;

#endif

（37）、futex同步機(jī)制

#ifdef CONFIG_FUTEX

struct robust_list_head __user *robust_list;

#ifdef CONFIG_COMPAT

struct compat_robust_list_head __user *compat_robust_list;

#endif

struct list_head pi_state_list;

struct futex_pi_state *pi_state_cache;

#endif

（38）、非一致內(nèi)存訪問(wèn)（NUMA Non-Uniform Memory Access）

#ifdef CONFIG_NUMA

struct mempolicy *mempolicy; /* Protected by alloc_lock */

short il_next;

#endif

（39）、文件系統(tǒng)互斥資源

atomic_t fs_excl; /* holding fs exclusive resources */

（40）、RCU鏈表

struct rcu_head rcu;

（41）、管道

struct pipe_inode_info *splice_pipe;

（42）、延遲計(jì)數(shù)

#ifdef CONFIG_TASK_DELAY_ACCT

struct task_delay_info *delays;

#endif

（43）、fault injection

#ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION

int make_it_fail;

#endif

（44）、FLoating proportions

struct prop_local_single dirties;

（45）、Infrastructure for displayinglatency

#ifdef CONFIG_LATENCYTOP

int latency_record_count;

struct latency_record latency_record[LT_SAVECOUNT];

#endif

（46）、time slack values，常用于poll和select函數(shù)

unsigned long timer_slack_ns;

unsigned long default_timer_slack_ns;

（48）、socket控制消息（control message）

struct list_head *scm_work_list;

（47）、ftrace跟蹤器

#ifdef CONFIG_FUNCTION_GRAPH_TRACER

/* Index of current stored address in ret_stack */

int curr_ret_stack;

/* Stack of return addresses for return function tracing */

struct ftrace_ret_stack *ret_stack;

/* time stamp for last schedule */

unsigned long long ftrace_timestamp;

/*

* Number of functions that haven't been traced

* because of depth overrun.

*/

atomic_t trace_overrun;

/* Pause for the tracing */

atomic_t tracing_graph_pause;

#endif

#ifdef CONFIG_TRACING

/* state flags for use by tracers */

unsigned long trace;

/* bitmask of trace recursion */

unsigned long trace_recursion;

#endif /* CONFIG_TRACING */