学校网站的系统建设方式,android开发app,西北电力建设甘肃工程公司网站,做网站框架需要什么软件本文代码基于Linux5.10 内容主要参考《Linux内核深度解析》余华兵 当Linux内核要创建一个新进程时#xff0c; 流程大致如下
ret fork();
if (ret 0) {/* 子进程装载程序 */ret execve(filename, argv, envp);
} else if (ret 0) {/* 父进程 */
}
大致可以分为创建新…本文代码基于Linux5.10 内容主要参考《Linux内核深度解析》余华兵 当Linux内核要创建一个新进程时 流程大致如下
ret fork();
if (ret 0) {/* 子进程装载程序 */ret execve(filename, argv, envp);
} else if (ret 0) {/* 父进程 */
}
大致可以分为创建新进程和装载程序这两个过程。
创建新进程
Linux中创建新进程有两个系统调用 分别是clone和fork 其定义如下
kernel/fork.c
SYSCALL_DEFINE0(fork) {#ifdef CONFIG_MMUstruct kernel_clone_args args {.exit_signal SIGCHLD,};return kernel_clone(args);
#else/* can not support in nommu mode */return -EINVAL;
#endif
}
SYSCALL_DEFINE6(clone, unsigned long, clone_flags, unsigned long, newsp,int, stack_size,int __user *, parent_tidptr,int __user *, child_tidptr,unsigned long, tls) {struct kernel_clone_args args {.flags (lower_32_bits(clone_flags) ~CSIGNAL),.pidfd parent_tidptr,.child_tid child_tidptr,.parent_tid parent_tidptr,.exit_signal (lower_32_bits(clone_flags) CSIGNAL),.stack newsp,.tls tls,};return kernel_clone(args);
}
可以理解为fork是clone的简化版本 clone可以更精确的控制创建进程的行为我们在创建线程时就是使用的clone(没错 在Linux里面 线程实际上也是进程)。
clone 和 fork 都会调用kernel_clone 这个函数去创建进程只不过两者传递的参数不同。
Linux 目前通过kernel_clone_args 这个数据结构来传递参数。
include/linux/sched/task.h
struct kernel_clone_args {u64 flags;int __user *pidfd;int __user *child_tid;int __user *parent_tid;int exit_signal;unsigned long stack;unsigned long stack_size;unsigned long tls;pid_t *set_tid;/* Number of elements in *set_tid */size_t set_tid_size;int cgroup;struct cgroup *cgrp;struct css_set *cset;
};
flags : clone 标志。
stack 只在创建线程时有意义 用来指定线程的用户栈的地址
stack_size只在创建线程时有意义 用来指定线程的用户栈的大小
创建新进程的流程大致如下
调用函数copy_process 创建新进程调用函数wake_up_new_task 唤醒新进程。 copy process
copy process的流程如下 1.检查标志是否合法。
kernel/fork.c/** Dont allow sharing the root directory with processes in a different* namespace*/if ((clone_flags (CLONE_NEWNS|CLONE_FS)) (CLONE_NEWNS|CLONE_FS))return ERR_PTR(-EINVAL);if ((clone_flags (CLONE_NEWUSER|CLONE_FS)) (CLONE_NEWUSER|CLONE_FS))return ERR_PTR(-EINVAL);.....
2.dup_task_struct。 已当前进程为模板 创建task_struct数据结构
这里面会分配task_struct 的数据结构 并分配内核栈。
内核栈也是一个slab。
kernel/fork.c
static unsigned long *alloc_thread_stack_node(struct task_struct *tsk,int node)
{unsigned long *stack;stack kmem_cache_alloc_node(thread_stack_cache, THREADINFO_GFP, node);stack kasan_reset_tag(stack);tsk-stack stack;return stack;
}
void thread_stack_cache_init(void)
{thread_stack_cache kmem_cache_create_usercopy(thread_stack,THREAD_SIZE, THREAD_SIZE, 0, 0,THREAD_SIZE, NULL);BUG_ON(thread_stack_cache NULL);
}
3.检查用户的进程数量限制
kernel/fork.cif (atomic_read(p-real_cred-user-processes) task_rlimit(p, RLIMIT_NPROC)) {if (p-real_cred-user ! INIT_USER !capable(CAP_SYS_RESOURCE) !capable(CAP_SYS_ADMIN))goto bad_fork_free;}
在用户空间 可以通过ulimit -u 来设置用户最大可以创建的进程数量。
4.copy_creds
调用copy_cread 复制或者共享证书 如果新进程和当前进程属于同一个线程组 那么他们共享证书。
5. 检查线程数量限制
kernel/fork.cif (data_race(nr_threads max_threads))goto bad_fork_cleanup_count;nr_threads 会在每次创建进程/线程后1
6.sched_fork
设置调度器相关的参数 7.复制或者共享资源
这里会复制虚拟内存文件 文件系统数据 信号处理数据等各种资源。 这里重点介绍一下copy_thread 这个流程 这里会复制进程的各种寄存器。
arch/arm64/kernel/process.c
int copy_thread(unsigned long clone_flags, unsigned long stack_start,unsigned long stk_sz, struct task_struct *p, unsigned long tls)
{struct pt_regs *childregs task_pt_regs(p);memset(p-thread.cpu_context, 0, sizeof(struct cpu_context)); /* 1 *//** In case p was allocated the same task_struct pointer as some* other recently-exited task, make sure p is disassociated from* any cpu that may have run that now-exited task recently.* Otherwise we could erroneously skip reloading the FPSIMD* registers for p.*/fpsimd_flush_task_state(p);ptrauth_thread_init_kernel(p);if (likely(!(p-flags PF_KTHREAD))) { /* 2 */ *childregs *current_pt_regs();childregs-regs[0] 0; /* 3 *//** Read the current TLS pointer from tpidr_el0 as it may be* out-of-sync with the saved value.*/*task_user_tls(p) read_sysreg(tpidr_el0);if (stack_start) { /* 4 */if (is_compat_thread(task_thread_info(p)))childregs-compat_sp stack_start;elsechildregs-sp stack_start;}/** If a TLS pointer was passed to clone, use it for the new* thread.*/if (clone_flags CLONE_SETTLS)p-thread.uw.tp_value tls;} else { /* 5 *//* * A kthread has no context to ERET to, so ensure any buggy* ERET is treated as an illegal exception return.** When a user task is created from a kthread, childregs will* be initialized by start_thread() or start_compat_thread().*/memset(childregs, 0, sizeof(struct pt_regs));childregs-pstate PSR_MODE_EL1h | PSR_IL_BIT;p-thread.cpu_context.x19 stack_start;p-thread.cpu_context.x20 stk_sz;}p-thread.cpu_context.pc (unsigned long)ret_from_fork; /* 6 */p-thread.cpu_context.sp (unsigned long)childregs;ptrace_hw_copy_thread(p);return 0;
}
用户态相关的运行环境缓存在pt_regs 中 内核态保存在thread结构体中。
(1) 获取pt_regs 并初始化thread 结构体
(2) 对于用户进程的处理
(3) 设置返回值为0。(子进程fork返回0就是在这里设置)
(4) 设置线程的用户栈
(5) 对于内核进程的处理, 这里X19存储线程函数的地址X20存放线程函数的参数
(6) 设置内核态的PC和SP值 在发生进程切换时 会切到原因的地方去 wake up new task
在新进程创建之后会尝试去唤醒它让它尽快得到执行 其流程大致如下 新进程第一次运行
前文说到copy_thread是会把新进程的PC设置为ret_from_fork。
arch/arm64/kernel/entry.S
/** This is how we return from a fork.*/
SYM_CODE_START(ret_from_fork)bl schedule_tailcbz x19, 1f // not a kernel threadmov x0, x20blr x19
1: get_current_task tskb ret_to_user
SYM_CODE_END(ret_from_fork)
在ret_from_fork中 首先进行调度切换的清理工作(schedule_tail)。 如果是用户进程调用ret_to_user返回用户空间 如果是内核进程X19存储线程函数的地址X20存放线程函数的参数 这里会跳转到x19所存储的函数地址执行。 装载程序
一般来说 用户层会调用execve或者execveat 执行某个具体的程序。
int execve(const char *filename, char *const argv[ ], char *const envp[ ]);
用户程序一般是一个elf文件 内核会按照elf文件的格式去解析它 并设置PC到对应的entry。这部分内容不在此详细说明。
实例 init 进程的创建和运行
init 是kernel运行的第一个进程 我们来看看它是怎么创建和运行起来。
在rest_init中会调用kernel_thread 创建init进程
init/main.c
noinline void __ref rest_init(void)
{.....pid kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);.....
}pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags)
{struct kernel_clone_args args {.flags ((lower_32_bits(flags) | CLONE_VM |CLONE_UNTRACED) ~CSIGNAL),.exit_signal (lower_32_bits(flags) CSIGNAL),.stack (unsigned long)fn,.stack_size (unsigned long)arg,};return kernel_clone(args);
}
可以看到kernel_thread其实也是调用kernel_clone创建线程其中stack被设置成了入口函数stack_size被设置成了参数。
在kernel_init中 会尝试装载init进程。
init/main.c
static int __ref kernel_init(void *unused)
{
.....
if (ramdisk_execute_command) {ret run_init_process(ramdisk_execute_command);if (!ret)return 0;pr_err(Failed to execute %s (error %d)\n,ramdisk_execute_command, ret);}
....
}
装载完成之后 就会调转到用户态的init进程执行了。
