深入Linux內核：探秘進程實現的神秘世界-魔扣目錄

在計算機科學的世界中，操作系統是一個無可爭議的關鍵組成部分。而linux內核作為一款世界著名的開源操作系統內核，其進程管理系統更是備受矚目。本文將深入剖析Linux內核中如何實現進程管理，首先從內核數據結構task_struct開始，逐步展開，涵蓋進程地址空間、mm_struct結構體和文件表結構中的files_struct結構體，為你揭示Linux內核背后的秘密。

深入Linux內核：探秘進程實現的神秘世界

核心結構體

1.task_struct

在Linux內核中，每個進程都由一個task_struct結構體來表示。這個結構體定義了進程的各種屬性和狀態信息，是進程管理的核心。


struct task_struct {
    volatile long state;       // 進程狀態
    void *stack;               // 進程內核棧指針
    atomic_t usage;            // 引用計數
    int pid;                            // 進程ID
    struct mm_struct *mm;              // 進程地址空間描述
    struct files_struct *files;       // 進程文件表描述
    struct task_struct *parent;        // 父進程
    struct list_head children;         // 子進程鏈表
    struct signal_struct signal;       // 信號處理信息
    struct fs_struct fs;               // 文件系統信息
    struct sched_entity se;            // 調度實體信息
    char comm[TASK_COMM_LEN];           // 進程名稱
    // ... 其他成員
};

state：表示進程的當前狀態，可能是就緒、運行、睡眠等。它決定了進程在調度時的行為。
pid：進程的唯一標識符，用于區分不同的進程。
mm：指向與進程關聯的mm_struct結構體，管理進程的地址空間。
files：指向與進程關聯的files_struct結構體，用于管理進程的文件表和文件描述符。
parent：指向父進程的task_struct結構體，用于建立進程之間的關系。
children：鏈表，存儲子進程的task_struct指針，用于跟蹤子進程。
signal：存儲有關進程信號處理的信息，用于處理異步事件。
fs：用于跟蹤進程的文件系統信息，如當前工作目錄、根目錄等。
sched_entity：用于調度進程的數據結構，包括進程的優先級、時間片等信息。
comm：進程的名稱，通常是可執行文件的名稱。

2.mm_struct進程地址空間

進程的地址空間是進程獨立的內存空間，用于存放進程的代碼、數據和堆棧等信息。在Linux內核中，mm_struct結構體用于描述進程的地址空間。

struct mm_struct {
    struct vm_area_struct *mmap;        // 進程內存映射的VMA鏈表
    struct rb_root mm_rb;               // 進程的虛擬地址空間的紅黑樹
    pgd_t *pgd;                         // 頁全局目錄
    unsigned long mmap_base;            // 進程地址空間的起始地址
    unsigned long mmap_legacy_base;     // 兼容模式下的地址空間起始地址
    unsigned long mmap_legacy_32bit;    // 32位進程的兼容模式標志
    unsigned long map_count;            // 進程的內存映射數量
    unsigned long rss;                  // 進程的駐留集大小
    unsigned long total_vm;             // 進程的虛擬內存總大小
    unsigned long locked_vm;            // 進程鎖定的虛擬內存大小
    // ... 其他成員
};

mmap：指向虛擬內存區域的鏈表，描述了進程的內存映射。
mm_rb：用于管理進程的虛擬地址空間的紅黑樹，用于快速查找虛擬地址的映射關系。
pgd：頁全局目錄，用于管理進程的頁表，實現虛擬地址到物理地址的映射。
mmap_base：進程地址空間的起始地址。
mmap_legacy_base：兼容模式下的地址空間起始地址。
mmap_legacy_32bit：32位進程的兼容模式標志。
map_count：進程的內存映射數量。
rss：進程的駐留集大小，表示進程當前使用的物理內存大小。
total_vm：進程的虛擬內存總大小。
locked_vm：進程鎖定的虛擬內存大小。

3.files_struct文件表結構

每個進程在Linux內核中都有一個文件表，用于跟蹤它打開的文件和文件描述符。這個文件表由files_struct結構體表示。

struct files_struct {
    atomic_t count;                    // 引用計數
    struct fdtable *fdt;               // 文件描述符表指針
    struct file *file;                // 進程的文件列表
    int next_fd;                       // 下一個可用的文件描述符
    unsigned int max_fds;              // 進程可以打開的最大文件描述符數
    unsigned long close_on_exec[FD_SETSIZE / BITS_PER_LONG]; // 文件執行時需要關閉的位圖
    unsigned long open_fds[FD_SETSIZE / BITS_PER_LONG];       // 打開文件描述符的位圖
    struct file_lock *file_lock;       // 文件鎖定信息
    struct fown_struct *fown;         // 文件擁有者信息
    struct sigpending pending;         // 等待處理的信號
    // ... 其他成員
};