Linux 程序描述符

linux程序管理(1)---程序描述符

程序描述符

linux使用程序描述符資料結構記錄現場資訊，然後給予程序描述符管理程序，包括程序的建立、排程、消亡等操作。

程序除了包括執行著的程式，還包括系統資源（當前cpu現場、排程資訊、程序間關係等）。記錄這些執行緒資訊的資料結構就是程序描述符task_struct(include/linux/sched.h中)

每個程序都有乙個程序描述符，記錄以下重要資訊：程序識別符號、程序當前狀態、棧位址空間、記憶體位址空間、檔案系統、開啟的檔案、訊號量等。

在x86體系中，通過sp暫存器可以快速獲取當前程序棧的位置；linux在棧的末端存放了乙個特殊的資料結構thread_info，thread_info中存放了指向task_struct的指標。根據這個原理，首先當前程序通過sp暫存器獲取棧的位置，然後根據棧大小（一般為1-2頁）獲取thread_info的位址，最後通過thread_info獲取當前程序的位址。

linux不僅有程序id，而且給每個執行緒也分配了執行緒id。對於task_struct資料結構的成員來說，pid是執行緒id，tgid是執行緒的程序id（該程序也叫執行緒組長）。

排程程式根據程序狀態決定是否排程程序，linux是用概念bitmap（位圖）表示程序狀態，一共有11種狀態；這些狀態可以分為三類：執行態、睡眠態、退出態。只有執行態的程序才能被排程程式排程；程序等待某個資源時處於睡眠態（可中斷態、不可中斷態）；程序退出時處於退出態（殭屍態、死亡態）。其他的程序狀態還包括停止態、跟蹤態等，這些狀態處於特定的使用場景中，就不介紹了。

系統給每個狀態分配了乙個字母縮寫「rsdttzxxkwp」，對應關係如下圖所示。

#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_zombie       16

#define exit_dead       32

/* in tsk->state again */

#define task_dead       64

#define task_wakekill       128

#define task_waking       256

#define task_parked       512

#define task_state_max       1024

#define task_state_to_char_str "rsdttzxxkwp"

linux系統為每個使用者程序分配了兩個棧：使用者棧和核心棧。當乙個程序在使用者空間執行時，系統使用使用者棧；當在核心空間執行時，系統使用核心棧。由於核心棧位址空間的限制，核心棧不會分配很大的空間。此外，核心程序只有核心棧，沒有使用者棧。

當程序從使用者空間陷入到核心空間時，首先，作業系統在核心棧中記錄使用者棧的當前位置，然後將棧暫存器指向核心棧；核心空間的程式執行完畢後，作業系統根據核心棧中記錄的使用者棧位置，重新將棧暫存器指向使用者棧。由於每次從核心空間中返回時，核心棧肯定已經使用完畢，所以從使用者棧切換到核心棧時，只需要簡單的將棧暫存器指向核心棧頂即可。

linux程序管理(1)---程序描述符

為了程序管理，核心必須對每個程序所做的事情進行清楚的描述。比如核心需要知道程序的優先順序，程序當前的狀態，在掛起和恢復程序的時候，需要對程序進行相應的操作。程序描述符還描述了程序使用的位址空間，訪問的檔案等等，這些都是程序描述符的作用。包括了很多程序屬性的字段，還有一些字段包括了指向其他資料結構的指標，如下圖：

task_struct 結構體：

struct task_struct ;

資源限制包括：

欄位名說明

rlimit_as

rlimit_core

記憶體資訊轉儲檔案的大小，當乙個程序異常終止時，核心在程序的當前目錄下建立記憶體資訊轉儲檔案之前檢查這個值

rlimit_cpu

程序使用cpu的最長時間，以秒為單位

rlimit_data

堆大小的最大值

rlimit_fsize

檔案大小的最大值，如果程序把乙個檔案的大小擴充到這個值，核心就給這個程序傳送sigxfsz訊號

rlimit_locks

檔案鎖數量的最大值

rlimit_memlock

非交換記憶體的最大值，當程序試圖通過mlock或者mlockall鎖住頁框時，會檢查這個值

rlimit_msgoueue

posix訊息佇列中的最大位元組數

rlimit_nofile

開啟檔案描述符的最大數，開啟乙個檔案或複製乙個檔案時會檢查這個值

rlimit_nproc

使用者能擁有的程序最大數

rlimit_rss

程序鎖擁有的頁框最大數

rlimit_sigpending

程序掛起訊號的最大數

rlimit_stack

棧大小的最大值，核心在擴充程序的使用者態堆疊之前檢查這個值

程序描述符

這個講得比較清楚：

【linux】窺探linux核心task_struct結構體

task_struct的定義及注釋

linux核心2.6.32版的task_struct原始碼

struct task_struct ;

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Linux下程序間傳遞描述符

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