20135336 王维臻
《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000
一、总结部分
操作系统内核三大功能：
进程管理，内存管理，文件系统
最核心的是进程管理，为了管理，首先要对每一个进程进行描述。进程描述符提供了所有内核需要了解的信息。
进程控制模块：task_struct（抽象task_struct的简化图）
next_task,prev_task进程链表的管理
tty_struct控制台
fs_struct文件系统描述
file_struct打开的文件描述符
mm_struct内存管理的描述
signal_struct信号的描述
Linux-3.18.6/include/linux/sched.h里的代码
1235代码state进程运行状态
stack指定进程的内核堆栈
flags每个进程的标识符
1245CONFIG SMP条件编译，多处理器时使用到的。
1251on_rq运行队列
1295list_head tasks进程链表（双向链表）
linux进程的状态和操作系统原理的描述进程状态有所不同，比如就绪状态和运行状态都是TASK_RUNNING。（这个表示它是可运行的，但是实际上有没有在运行取决于它是否占有CPU）
1330进程标识符pid
1349进程的父子关系
1360pid_link pids[PIDTYPE_MAX]进程的哈希表
Linux-3.18.6/arch/x86/include/asm/processor.h
thread_struct（很重要）
进程的创建概括以及fork（）一个进程
Cpu_idle启动两个线程：（0号进程是所有线程的祖先）
Kernel_init用户态的进程启动，所有用户态进程的祖先（1号进程是所有进程的祖先）
Kthreadd所有线程的祖先
在shell命令行创建进程的本质一样：先复制一份进程描述符，0号进程是手工写进代码的，1号进程复制0号的pcb,然后根据1号进程的需要把它的pid等等信息修改 掉，再加载一个init可执行程序。
进程是如何创建：
怎么在用户态创建一个子进程
Pid==0是下面两个模块都会被执行，fork（）系统调用在父进程子进程各返回一次，父进程中返回0，子进程中返回子进程的pid
理解进程创建过程复杂代码的方法：
系统调用：用户态int0x80（由于是陷入进入内核的，所以机器自动保存与转换堆栈；压入用户ss，压入用户esp，压入EFLAGS，压入cs，压入eip）
中断指令跳转到内和空间sysstem_call（压入eax，把传递参数的寄存器全部压栈）执行结束后RESTORE_ALL（弹栈传递参数的寄存器，弹栈eax，iret弹栈int0x80压栈的东西）
Fork()的也是一个系统调用，它的过程图
子进程复制了父进程的所有信息，然后做适当修改，它也会调度执行。当它被CPU调度的时候从哪里开始执行呢？子进程在内核里执行，在内核处理程序从哪里开始 执行的？与mykernel类似。
fork,vfork,clone三个系统调用都是通过调用do_fork来创建创建一个新的进程。
我们的框架：
1.创建新进程都是通过复制父进程的信息。
2.创建新进程的过程中需要做哪些事情：
复制pcb
还需要修改复制的父进程的pcb
还需要分配新的内核堆栈
子进程需要从fork返回到用户态，那么它内核堆栈也需要从父进程中拷贝一些过来，不然不能返回
还有thread.sp(调度到子进程时的内核栈顶)和thread.ip（调度到子进程的第一条指令地址）
浏览创建进程的相关关键代码
Linux-3.18.6/kernel/fork.c
1632copy_process创建一个进程的主要代码
1240dup_task_struct复制pcb（看具体怎么复制）
320arch_dup_task_struct(tsk,orig)执行复制当前进程
293*dst=*src数据结构的指针的值复制
316alloc_thread_info_node(tsk,node)，分配内核空间堆栈的作用和thread_info合在一起的集合体
153实际上是创建了一个一定大小的页面。一部分存放alloc_thread_info,一部分存放堆栈
335setup_thread_stack
1240p=dup_task_struct(current);复制子进程的pcb
1396 copy_thread
Linux-3.18.6/arch/x86/kernel/process_32.c
135*childregs=task_pt_regs(p);
159*childregs=*current_pt_regs();将父进程的现在的状态信息赋值给子进程（拷贝内核堆栈诗句和指定新进程的第一条指令）
164p.thread.ip通过ret_from_fork得到。
创建的新进程是从哪里开始执行的？
Linux-3.18.6/arch/x86/include/asm/ptrace.h
Pt_regs:系统调用压栈的内容（SAVE_ALL的全部内容）
Linux-3.18.6/arch/x86/kernel/entry_32.s
290entry(ret_from_fork)新进程是从这里开始执行的
505syscall exit内核堆栈返回到系统调用以前的状态继续执行
实验部分：
使用gdb跟踪调试创建新进程的过程
cd LinuxKernel
rm menu –rf
git clone https://github.com/mengning/menu.git
cd menu
mv test_fork.c test.c//覆盖test_fork.c
make rootfs
看到增加了一个fork
使用gdb跟踪调试内核
qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
# 关于-s和-S选项的说明：
# -S freeze CPU at startup (use ’c’ to start execution)
# -s shorthand for -gdb tcp::1234 若不想使用1234端口，则可以使用-gdb tcp:xxxx来取代-s选项
Gdb
（gdb）file linux-3.18.6/vmlinux # 在gdb界面中targe remote之前加载符号表
（gdb）target remote:1234 # 建立gdb和gdbserver之间的连接,按c 让qemu上的Linux继续运行
b sys_clone
b do_fork
b dup_task_struct
b copy_process
b copy_thread
b ret_from_fork
copy_process
dup_task_struct
将父进程的现在的状态信息赋值给子进程（拷贝内核堆栈诗句和指定新进程的第一条指令）
将子进程的栈顶保存
线程的pid保存
直到syscall_exit就跟踪不到了。
二、感悟
理解创建一个新进程如何创建和修改task_struct数据结构
从ret_from_thread开始执行。子进程被创建以后是在内核运行的，因为从这里开始复制父进程的task_struct,分配内核堆栈，创建进程也是一种系统调用，在内核堆栈中，执行int0x80，保存现场，来保证执行起点和内核堆栈的一致性。