北京工业大学系统软件课设读代码Linux.pdf-资料库

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系统软件课程设计报告项目名称:分析 Linux 内核--进程控制学号_16074301 16074304 16074323 姓名王宇浩张明睿王毅康提交日期_________2018.12.24_________ 0

成绩评定表中期检查（成绩 10 分）评审项目评审内容王宇浩张明睿王毅康分值项目 1 项目 2 项目 3 项目 4 到场，有团队合作，守纪律任务清楚，能正确理解需求已经完成的工作展示，工作量达到 40% 能够有效进行过程管理【提供相关资料证明】最终检查展示讲解（成绩 30 分） 1 2 6 1 评审项目评审内容分值项目 1 项目 2 项目 3 项目 4 项目 5 到场并进行现场讲解能够通过 PPT、图表等方式进行沟通、汇报和展示讲解过程清楚明白，表现出可以独立完成一个成员相应的任务，并能进行有效的合作可以在合适的时间内完成讲解，时间利用好对自己相关的部分有例子程序运行的展示 1 6 15 3 5 王宇浩张明睿王毅康最终检查回答问题（成绩 30 分）王宇浩张明睿王毅康评审项目评审内容项目 1 项目 2 可否口头有效沟通，可否正确回答老师提出的问题若为组长，评价其组长工作；若为组员，评价其配合程度课程设计报告（成绩 30 分）评审项目评审内容项目 1 项目 2 项目 3 项目 4 报告格式符合要求【组成部分不缺项、图表符合规范、文字流畅没有错别字、字体大小合理等】图表内容符合计算机学科标准可否体会设计思路实现方案/ 设计思路实现方案是否提交了电子版的代码注释或源程序加分项目（3 分）评审项目评审内容项目 1 是否使用 Git 分值 27 3 分值 6 3 18 3 王宇浩张明睿王毅康王宇浩张明睿王毅康分值 3 总分教师评语：签字： 1

目录目录摘要........................................................................................................................................... 3 第一部分引言 ....................................................................................................................... 4 第二部分进程的创建 ........................................................................................................... 5 一、 Linux 进程描述——task_struct 结构体 .................................................................. 5 二、 0 号进程和 1 号进程 ................................................................................................ 5 三、 fork()详解 ................................................................................................................. 6 第三部分进程调用 exec() .................................................................................................. 10 一、系统执行新程序的过程 ......................................................................................... 10 二、 exec 的实现 ............................................................................................................ 10 三、 linux_binprm ........................................................................................................... 11 四、 do_exec 的执行过程 .............................................................................................. 11 五、文件格式、魔数和 linux_binfmt ........................................................................... 12 第四部分进程的终止 ......................................................................................................... 13 一、系统执行终止进程的过程 ..................................................................................... 13 二、 exit()与_exit()二者的区别 ..................................................................................... 13 三、 do_exit()函数 .......................................................................................................... 14 结束语..................................................................................................................................... 16 参考文献 ................................................................................................................................. 17 2

摘要本次试验内容是阅读 LINUX 内核代码——进程控制相关内容，主要包括进程创建，进程中如何执行新程序以及进程终止等，在 LINUX 内核代码中对应的主要函数或者结构体有，task_struct，do_fork()，fo_exec()，do_exit()等，每一部分都对应进程生命周期中的一部分，我们进行相关代码的解读与分析。关键词：进程控制 fork exec exit 3

第一部分引言本次试验中，我们小组的任务是阅读 LINUX 中进程控制部分的代码，主要内容就是阅读进程创建中的 fork()函数，在进程中执行新程序调用的 exec()函数以及进程终止的 exit()函数，从而了解在整个 LINUX 中进程的来龙去脉。我们小组一共三个人，王毅康同学负责有关进程创建部分的内容，了解 task_struct 结构体中的内容，do_fork()函数是如何创建进程以及 0 号 1 号进程的创建过程，张明睿同学负责理解 exec 函数的操作过程以及了解 bprm、fmt 结构体以及魔数的内容，王宇浩同学负责 exec()部分里面六种函数的介绍以及对于进程终止部分里 do_exit()函数以及 exit()与_exit()的区别这两部分做了重点阐述。 4

第二部分：进程的创建一、Linux 进程描述——task_struct 结构体 task_struct 结构体中的信息主要包括两大部分： 1. 执行进程中使用的处理机硬件资源的信息 2. 进程控制中所需要的软件资源控制信息，包括进程标识符，进程状态信息，进程控制信息等进程的状态——volatile long state pid_t pid 与 pid_tgid 的不同: 在 Linux 中，内核描述进程和线程都采用的是 task_struct 结构体，所以就本质上而言，进程和线程具有相同的结构以及调度算法，所不同的是同一组线程中所有的线程共用该线程组第一个非轻量级线程也就是创建该线程组的进程的内存空间，所以 pid 是内核为每一个进程或者是轻量级进程打上的唯一标识，而同一组线程中他们的 tgid 是相同的都等于线程组第一个线程的 pid，也就是说，线程组第一个线程的 pid 和 tgid 是相同的。上述过程就是初始化一个进程的时候，为进程创建了一个空闲的 pid 之后，再初始化该进程的 tgid=pid。二、0 号进程和 1 号进程 0 号进程也称作 idle 进程，我粗略浅显地了解了一下 0 号进程和 1 号进程的初始化，知道了 0 号进程是唯一一个没有通过 fork()系统调用创建的进程，它也有一个 task_struct 的结构体被定义为 INIT_TASK，当计算机启动电源后，先进程 BIOS 自检，再加载引导程序，之后内核程序自解压和初始化一些程序，使用类似于手工的方式创建出 0 号进程，然后由 0 号进程系统调用 fork()创建 1 号进程，开始的时候 1 号进程是运行在内核态的，它会接着完成系统的一部分初始化，之后调用 exec()从内核态变为用户态，成为了用户空间内的第一个进程。 5

三、fork()详解如下是 fork()的响应函数：不同的响应函数会根据 clone_flags 的不同调用 do_fork()函数，clone_flags 用来决定祖先进程和子进程共享的内容。其中 sys_fork()是一般创建进程时调用的，它创建了父进程的完整副本，复制了父进程的资源包括内存的内容和 task_struct 的内容。 Sys_clone()用来创建轻量级进程也就是线程。 Sys_vfork()创建的子进程中，父进程将自己的内存空间租给子进程使用，并且进入等待队列，当子进程执行完后唤醒父进程。一个问题：当父进程创建子进程后，子进程又调用 exec()去执行别的程序而丢掉 fork()为其分配的地址空间，岂不是很浪费！解决方案：copy_on_write(写时复制技术)和 sys_vfork() Copy_on_write: 6

vfork(): 简单来说，COW 技术就是当系统调用 fork()创建进程后，并不拷贝父进程实际的内存数据，而是为子进程创建虚拟的空间结构，将父进程的虚拟空间复制过来，所以他们指向的都是父进程的物理空间，当父子进程中有更改相应段的行为发生时，再为子进程分配相应的物理空间，所以如果 fork()之后直接调用 exec()去执行另外一个程序，那么子进程就无需复制父进程内存空间了。而 VFORK 的做法更简单粗暴，连虚拟空间都不创建了，子进程直接共享了父进程的虚拟空间，也就共享了父进程的物理空间。 do_fork()详解这是 do_fork()函数以及它的参数，参数解释如下： clone_flags ——决定祖先进程和子孙进程共享的内容 stack_start ——用户状态下栈的其实地址 regs ——指向内核态堆栈通用寄存器值的指针 stack_size ——用户状态下栈的大小 7

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