linux学习10，进程描述符及其任务结构

第8节提到 linux 中，进程不仅是执行期的程序，它实际上是各种资源混杂的集合，那么“各种资源”究竟是指什么呢？这里不打算一句一句描述出“各种资源”，因为直接查看代码更加清楚。

用于描述 linux 进程的 task_struct 结构体

linux 内核中的进程都是用task_struct结构体描述的，进程的“各种资源”就包含在这个结构体里。借助《上一节》配置好的的 vim 阅读器，轻易就能定位出task_struct结构体的 C 语言代码：

task_struct 结构体定义在 include/linux/sched.h 里。

这个结构体相当巨大，有数 KB，查看 task_struct 结构体的各个成员，就知道 linux 的进程包含的“各种资源”包括：打开的文件，进程的地址空间，挂起的信号，进程的状态，等等。其他更多信息，可以自行查看源码。

linux 内核常常需要管理不止一个进程，所以就会有多个 task_struct 结构体需要管理，内核是通过双向循环链表管理的，如下图：

链表算是 C 语言中一种非常重要的数据类型了，我的文章还没有介绍过，后面会介绍的，敬请关注！！

task_struct结构体记录着进程的信息，所以 linux 内核会比较频繁用到这个结构体，怎样才能快速找到它呢？对于寄存器比较富足的硬件体系结构，这是相当简单的事情，分配一个寄存器记录task_struct结构体的地址就行了。但是对于 x86 这样寄存器较少的硬件体系结构，就只能另想他法了。

不仅是 x86 结构，其他寄存器较少的硬件体系结构，linux 内核都是间接计算task_struct结构体地址的。我们知道，每个进程都有自己的栈空间，不同于用户空间的进程， linux 内核进程的栈空间都是固定大小的，所以栈顶或者栈底的地址都是可知的。因此，linux 在这里创建了 thread_info 结构体，该结构体的定义如下：

struct thread_info {
    struct task_struct  *task;      /* main task structure */
    struct exec_domain  *exec_domain;   /* execution domain */
    __u32           flags;      /* low level flags */
    __u32           status;     /* thread synchronous flags */
    __u32           cpu;        /* current CPU */
    int             preempt_count;  /* 0 => preemptable,
                           <0 => BUG */
    mm_segment_t        addr_limit;
    struct restart_block    restart_block;
#ifdef CONFIG_IA32_EMULATION
    void __user     *sysenter_return;
#endif
};

它记录着task_struct结构体的地址，所以 linux 内核可以通过进程栈计算出thread_info的地址，进而得到task_struct结构体的地址。

thread_info 结构体定义在 include/asm/thread_info.h 里。

进程的状态

我们再回到 linux 内核的task_struct结构体，它的第一个成员 state 记录了进程的当前状态，它一共只有 5 种状态，也必定是这 5 种状态之一：

TASK_RUNNING，表示进程是可执行的，或者正在运行，或者正在运行队列里排队等待运行。
TASK_INTERRUPTIBLE，表示进程正在睡眠，并且可能随时被唤醒信号唤醒，唤醒后，进程会被设置为 TASK_RUNNING。
TASK_UNINTERRUPTIBLE，表示进程正在睡眠，不会被信号唤醒。
‘__TASK_TRACED，表示进程正在被其他进程跟踪，例如正在被 gdb 调试的进程就会是这个状态。
‘__TASK_STOPPED，表示进程停止执行，不能被投入运行。

在 linux 内核中，可以通过 set_task_state(task, state) 宏设置进程状态，它的定义如下：

#define set_task_state(tsk, state_value)        \
    set_mb((tsk)->state, (state_value))
// 继续跟踪
#define set_mb(var, value) do { var = value; barrier(); } while (0)

可以看出，这个宏其实就是简单的赋值，只是多了内存屏障用于强制其他处理器做重新排序。

set_task_state 宏位于 include/linux/sched.h 里。

进程的家族树

在 linux 中，所有进程都有着明显的“家族关系”，所有进程都有父进程，也能有自己的子进程树，拥有同一个父进程的进程们是“兄弟进程”。事实上，用于描述进程的 task_struct 结构体有一个 parent 指针，指向它的父进程，还包含一个子进程链表指针 children，用于维护它的子进程们。因此查询当前进程的父进程和子进程非常容易：

struct task_struct* parent = current->parent;
struct task_struct* children = current->children;

遍历内核的全部进程也非常简单，实际上，linux 内核提供了用于遍历进程的宏 list_for_each，它的定义如下：

#define list_for_each(pos, head) \
    for (pos = (head)->next; prefetch(pos->next), pos != (head); \
            pos = pos->next)

list_for_each 宏定义位于 include/linux/list.h 里。

使用该宏遍历进程的进程非常简单：

struct task_struct* task;
struct list_head* list;
list_for_each(list, &current->children){
    task = list_entry(list, struct task_struct, sibling);
}

因为进程们的“家族关系”，依次遍历进程的父进程也非常简单：

for(task=current; task!=&init_task; task=task->parent)；

因为 init_task 是系统的第一个进程，所以此处是遍历重点。

用于描述 linux 进程的 task_struct 结构体

进程的状态

进程的家族树

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