Linux進程管理知識整理(1)

1、進程有哪些狀態？什麼是進程的可中斷等待狀態？進程退出後為什麼要等待調度器刪除其task_struct結構？進程的退出狀態有哪些？

TASK_RUNNING可運行狀態）

TASK_INTERRUPTIBLE可中斷等待狀態）

TASK_UNINTERRUPTIBLE不可中斷等待狀態）

TASK_STOPPED進程被其它進程設定為暫停狀態）

TASK_TRACED進程被調試器設定為暫停狀態）

TASK_DEAD退出狀態）

進程由於所需資源得不到滿足，從而進入等待隊列，但是該狀態能夠被訊號中斷。比如當一個正在啟動並執行進程因進行磁碟I/O操作而進入可中斷等待狀態時，在I/O操作完成之前，使用者可以向該進程發送SIGKILL，從而使該進程提前結束等待狀態，進入可運行態，以便響應SIGKILL，執行進程結束代碼，從而結束該進程。

當進程退出時例如調用exit或者從main函數返回），需要向父進程發送訊號，父進程進行訊號處理時，需要擷取子進程的資訊，因此這時不能刪除子進程的task_struct。另外每個進程都有一個核心態的堆棧，當進程調用exit()時，在切換到另外一個進程前，總是要使用核心態堆棧，因此當進程調用exit()時，完成必要的處理後，就把state設定為TASK_DEAD，並切換到其他進程。當順利地切換到其他進程後，由於該進程的狀態設定為TASK_DEAD，因此這個進程不會被調度，之後當調度器檢查到狀態為TASK_DEAD的進程時，就會刪除這個進程的task_struct結構，這樣這個進程就徹底的消失了。

EXIT_ZOMBIE僵死進程）：父進程等待子進程結束時發送的SIGCHLD訊號預設情況下，建立進程都會設定在進程退出的時候向父進程發送訊號的標誌，除非建立的是輕權進程），此時子進程已退出，並且SIGCHLD訊號已經發送，但是父進程還沒有被調度運行；EXIT_DEAD僵死撤銷狀態）：父進程對子進程的退出訊號“沒興趣”，或者在子進程退出時，父進程通過waitpid()調用等待子進程的SIGCHLD訊號。

2、殭屍進程

1) 怎麼產生殭屍進程

一個進程在調用exit命令結束自己的時候，其實它並沒有真正的被銷毀，只是進程不能被調度並處於EXIT_ZOMBIE狀態，它佔用的所有記憶體就是核心棧、thread_info結構和task_struct結構。此時進程存在的唯一目的就是向它的父進程提供資訊，如果它的父進程沒有調用wait或waitpid等待子進程結束，又沒有顯示地忽略該訊號，那麼它就一直保持EXIT_ZOMBIE狀態。

2) 怎麼查看殭屍進程

利用命令ps，看到有標記為Z的進程就是殭屍進程。

3) 怎麼清理殭屍進程

• 父進程可以調用waitpid、wait函數來等待子進程結束
• 把父進程殺掉，父進程死後，殭屍進程成為“孤兒進程”，過繼給init進程，init進程始終負責清理殭屍進程，它產生的所有殭屍進程也跟著消失。

3、PID管理

在Linux系統中用pid結構體來標識一個進程，通過pidmap位元影像來管理所有的進程號(即pid：與前面的pid結構體不是同一個意思)，目的就是要更快的找到目標進程。用pid結構體來表示進程的優點：比直接用數字pid_t更容易管理(進程退出時pid回收再分配效率高)，比直接用task_struct標識進程佔用空間小。

pid結構體如下所示：

 

  
struct pid 
  
{ 
  
atomic_t count; 
  
int nr;                          /*存放pid數值*/ 
  
struct hlist_node pid_chain;        /*把該pid鏈到雜湊表中*/ 
  
struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX]; 
  
struct rcu_head rcu; 
  
}; 
 

因為對於32位系統來說，預設最大的pid為32768，由於pidmap位元影像中每一位表示這個pid是否可用，共需要32768位，正好一個物理頁的大小(4*1024*8)。

pidmap結構體如下所示：

 

  
struct pidmap { 
  
       /* 
  
        *這個變數用來統計這個結構體對應的一頁實體記憶體中有多少個位 
  
            *是0的，即空閑pid的數量 
  
        */ 
  
       atomic_t nr_free;  
  
       void *page;      /*這個就是指向存放這個位元影像的記憶體頁的指標*/ 
  
}; 
 

下面首先來看Linux核心啟動之初在start_kernel函數中對pidmap位元影像的初始化函數pidmap_init如下所示：

 

  
void __init pidmap_init(void) 
  
{ 
  
   /*申請一頁實體記憶體，並初始化為0*/ 
  
init_pid_ns.pidmap[0].page = kzalloc(PAGE_SIZE, GFP_KERNEL); 
  
  /*將第0位設定為1，表示當前進程使用pid為0，即現在就是0號進程*/ 
  
set_bit(0, init_pid_ns.pidmap[0].page); 
  
   /*同時更新nr_free統計空閑pid的值*/ 
  
atomic_dec(&init_pid_ns.pidmap[0].nr_free); 
  
pid_cachep = KMEM_CACHE(pid, SLAB_PANIC); 
  
} 
 

再來看Linux核心啟動之初在start_kernel函數中對pid hash表的初始化函數pidhash_init如下所示：

 

  
void __init pidhash_init(void) 
  
{ 
  
int i, pidhash_size; 
  
   /* 
  
    *nr_kernel_pages表示核心記憶體總頁數，就是系統DMA和NORMAL內 
  
        *存頁區的實際實體記憶體總頁數 
  
    *megabytes：統計的是核心記憶體有多少MB 
  
    */ 
  
unsigned long megabytes = nr_kernel_pages >> (20 - PAGE_SHIFT); 
  
  /*從下面兩行代碼可以看出pidhash_shift是在4~12之間的*/ 
  
pidhash_shift = max(4, fls(megabytes * 4)); 
  
pidhash_shift = min(12, pidhash_shift); 
  
pidhash_size = 1 << pidhash_shift; 
  
printk("PID hash table entries: %d (order: %d, %Zd bytes)\n", 
  
pidhash_size, pidhash_shift, 
  
pidhash_size * sizeof(struct hlist_head)); 
  
   /* 
  
   *由alloc_bootmem可知pid_hash是在低端實體記憶體申請的，由於 
  
       *pidhash_init函數是在mem_init函數執行之前被調用的，所以這裡申請  
  
       *的記憶體是不會被回收的 
  
   */ 
  
pid_hash = alloc_bootmem(pidhash_size * sizeof(*(pid_hash))); 
  
if (!pid_hash) 
  
panic("Could not alloc pidhash!\n"); 
  
for (i = 0; i < pidhash_size; i++) 
  
       /*初始化每個表的每個表項的鏈表*/ 
  
INIT_HLIST_HEAD(&pid_hash[i]); 
  
} 
 

總結：核心維護兩個資料結構來維護進程號pid，一個是雜湊表pid_hash，還有一個位元影像pidmap。在do_fork()中每調用一次alloc_pid(),首先會通過調用alloc_pidmap()修改相應的位元影像，該函數的主要思想是：last記錄上次分配的pid，此次分配的pid為last+1，如果pid超出最大值，那麼就迴圈回到最初值(RESERVED_PIDS)，然後測試pidmap上該pid所對應的bit是否為0，直到找到為止。其次通過hlist_add_head_rcu函數在pid_hash表中增加一項。