linux设备驱动归纳总结（四）：1.进程管理的相关概念【转】
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linux設備驅動歸納總結（四）：1.進程管理的相關概念
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接下來的幾節我會大概的講一下內核進程的一些概念，其實應該在學習系統編程時候就應該知道的。。我參照的書籍是《linux內核設計與實現》（第三版）。我會盡可能地跳開內核代碼，簡述一下原理。
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一、什么是進程
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簡單的說，進程就是正在運行的程序，一個程序可以同時有多個進程。學過C語言都知道，程序運行時并不是只有代碼，還包含其他的資源，如打開的文件，信號，全局變量等等。我在《操作系統原理》中看過一個很生動很深刻的例子：一個人對照著菜譜做菜。在這例子中，人就是內核，菜譜就是程序，做菜的過程就是進程，而菜、鍋就是這個進程的資源。
內核為線程提供了兩種技術：虛擬處理器和虛擬內存。這就是說，每個進程都傻乎乎的認為自己獨占著CPU和享用這4G的內存，確不知道內核在背后調度進程和給每個進程4G的虛擬地址。
進程由fork創建，通過exit退出。
有人或許會問，那線程是什么？線程就是一種特殊的進程。
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二、進程是用什么結構體來維護
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內核將所有的進程放在叫任務隊列（task list）的雙向循環鏈表中，鏈表中的每個項都是類型為task_struct、稱為進程描述符的結構。每個進程描述符包含著一個進程的所有信息，驅動開發中我用得最頻繁的有兩個成員，pid(進程標識值)和comm（當前進程的所執行的程序文件名稱）。
來張形象點的圖：
獲得當前正在進行的進程進程描述符也很簡單，使用全局項current就可以獲得。
/*4th_mutex/4th_mutex_1/1st/test.c*/
113 P_DEBUG("[%s]:pid[%d]\n", current->comm, current->pid);
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三、進程的狀態
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我只說5種，其中前兩種是之前在等待隊列的時候介紹過。
1）TASK_RUNNING（運行）：該狀態出現在進程正在運行，或者已經放在運行隊列中等待執行（對應操作系統原理上所說的就緒狀態）。這里要注意的是等待執行和休眠是兩碼事。
2）TASK_INTERRUPTIBLE（可中斷休眠）：這就是休眠狀態中一種，之所以說可中斷，就是說除了可以被其他進程從等待隊列喚醒以外，還可以接送到信號而喚醒，這是常用的休眠狀態。
3）TASK_UNINTERRUPTIBLE（不可中斷休眠）：這就是休眠狀態的另一種，只能從等待隊列被喚醒。因為它如此霸道，所以很少有人使用。
4）TASK_ZOMBIE（僵死）：這種情況出現在進程結束后，但父進程還有來回收該進程的進程描述符。
5）TASK_STOPPED（停止）：一看就知道，進程停止執行。
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來個圖來對照前四種狀態的轉換：
由上圖可以看到用戶空間的進程有fork()系統調用產生，如果運行途中沒有任何阻塞，它會在最后調用do_exit將進程的狀態轉為TASK_ZOMBIE。等待父進程來收尸。接下來就要簡單地說一下進程的創建和進程的終結。
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四、進程的創建
進程的創建一般分兩步：
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1、調用fork()：
在系統編程時，我們一般都是調用fork()來創建新的用戶進程。
先說一下傳統的forl()的實現，傳統的fork()被調用后，內核會拷貝父進程的所有資源給新建的子進程。要知道這是一個多愚蠢的操作，如果新建子進程是打算執行另一個新程序，之前的拷貝過程就白費了。
出于這樣的原因，linux的fork()有了寫時拷貝(copy-on-write)技術。從字面上就能理解意思，父進程創建子進程后，他給子進程創建一個文件描述符，并且與子進程以只讀方式共享原有的資源，只有在子進程或者父進程修改資源時，資源才會被復制。所以說，在不修改資源的情況下，fork()的實際開銷就兩樣：
1）復制父進程的頁表給子進程。大家應該都知道，linux內存管理使用的頁式管理，只要也就是說，只要把父進程的頁表復制給子進程，子進程就能在頁表中找到與父進程共享的4G虛擬地址了。
2）為子進程創建唯一的進程描述符。這個就不用解釋了，進程與進程描述符是一一對應的。
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fork具體調用的什么函數我就不詳細說了，不過應該有這樣的一個概念：
fork->clone->do_fork()->copy_procrss：
fork()系統調用根據提供的參數調用clone()，然后clone()去調用do_fork()，其中do_fork中完成了創建的大部分操作，里面有一個主要的函數copy_process()。
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2、調用exec()：
一般的，創建的子進程都不是為了完成父進程中的任務，而是需要執行新的任務。exec()的作用就是讀取可執行文件并加載到地址空間開始運行，可以類比成命令”./xxxxx”。如果fork()后子進程調用exec()執行新的代碼，就不需要拷貝父進程的資源了。所以，一般fork()之后都是子進程先運行。
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五、進程的終結：
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一般的，進程調用exit()結束進程。相應的，exit()是調用do_exit()進行刪除進程的資源和改變進程狀態等操作。
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六、什么是進程上下文：
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用戶態的應用程序執行系統調用時，它就會陷入內核空間，此時，我們稱內核“代表進程執行”并處于進程上下文。簡單的說，以我們之前寫的驅動舉例，當應用成調用open，他就會陷入內核調用驅動函數中的test_open，此時內核就 處于進程上下文了。
值得一提的是，在進程上下文時，current始終有效，它還是指向應用層中的進程，所以在”1st”的例子中，tesp_open打印出來的進程號current->pid與應用層是一樣的。
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七、線程、進程和內核線程程又是怎么樣的關系：
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線程，它是進程活動中的對象，最通俗的解釋，一個進程里面可以有一個或者多個線程，它們共同享用進程的資源。
內核線程，獨立運行在內核空間的標準進程，但沒有獨立的運行空間，只運行在內核空間，但和普通進程一樣被調度和搶占。
總的來說，線程（又叫用戶線程）和內核線程都是進程的特殊形式，它們的創建同樣也是通過調用clone()。它們和進程的最大區別在于它們沒有獨立的4G虛擬空間。
而線程和內核線程的區別就是：線程存在與用戶態，內核線程存在與內核態。
同時需要強調的是，進程是存在于用戶態的。
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八、總結：
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今天只是介紹了進程的一些基本的概念，為以后的進程調度、并發、競態等理論打基礎。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的linux设备驱动归纳总结（四）：1.进程管理的相关概念【转】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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