进程是操作系统种调度的实体，对进程拥有资源的描述称为进程控制块(PCB, Process Contrl Block)。
通过 task_struct 描述进程
内核里，通过 task_struct 结构体来描述一个进程，称为进程描述符 (process descriptor)，它保存着支撑一个进程正常运行的所有信息。task_struct 结构体内容太多，这里只列出部分成员变量，感兴趣的读者可以去源码 include/linux/sched.h头文件查看。
- struct task_struct {
- #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
- /*
- * For reasons of header soup (see current_thread_info()), this
- * must be the first element of task_struct.
- */
- struct thread_info thread_info;
- #endif
- volatile long state;
- void *stack;
- ......
- struct mm_struct *mm;
- ......
- pid_t pid;
- ......
- struct task_struct *parent;
- ......
- char comm[TASK_COMM_LEN];
- ......
- struct files_struct *files;
- ......
- struct signal_struct *signal;
- }
task_struct 中的主要信息分类：
1.标示符：描述本进程的唯一标识符 pid，用来区别其他进程。
2.状态：任务状态，退出代码，退出信号等
3.优先级：相对于其他进程的优先级
4.程序计数器：程序中即将被执行的下一条指令的地址
5.内存指针：包括程序代码和进程相关数据的指针，还有和其他进程共享的内存块的指针
6.上下文数据：进程执行时处理器的寄存器中的数据
7.I/O状态信息：包括显示的I/O请求，分配的进程I/O设备和进程使用的文件列表
8.记账信息：可能包括处理器时间总和，使用的时钟总和，时间限制，记帐号等
- struct thread_info thread_info: 进程被调度执行的信息
- volatile long state：-1是不运行的，=0是运行状态，>0是停止状态。下面是几个比较重要的进程状态以及它们之间的转换流程。
- void *stack：指向内核栈的指针，内核通过 dup_task_struct 为每个进程都分配内核栈空间，并记录在此。
- struct mm_struct *mm: 与进程地址空间相关的信息。
- pid_t pid: 进程标识符
- char comm[TASK_COMM_LEN]: 进程的名称
- struct files_struct *files: 打开的文件表
- struct signal_struct *signal: 信号处理相关
task_struct, thread_info 和内核栈 sp 的关系
接着看下 thread_info 结构：
- struct thread_info {
- unsigned long flags; /* low level flags */
- mm_segment_t addr_limit; /* address limit */
- #ifdef CONFIG_ARM64_SW_TTBR0_PAN
- u64 ttbr0; /* saved TTBR0_EL1 */
- #endif
- union {
- u64 preempt_count; /* 0 => preemptible, <0 => bug */
- struct {
- #ifdef CONFIG_CPU_BIG_ENDIAN
- u32 need_resched;
- u32 count;
- #else
- u32 count;
- u32 need_resched;
- #endif
- } preempt;
- };
- #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
- void *scs_base;
- void *scs_sp;
- #endif
- };
接着再来看下内核栈的定义:
- union thread_union {
- #ifndef CONFIG_ARCH_TASK_STRUCT_ON_STACK
- struct task_struct task;
- #endif
- #ifndef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
- struct thread_info thread_info;
- #endif
- unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];
- };
当 CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK 这个配置打开的时候，则 thread_union 结构中只存在 stask 成员了。
内核在启动的时候会在 head.S 里通过 __primary_switched 来做内核栈的初始化：
- SYM_FUNC_START_LOCAL(__primary_switched)
- adrp x4, init_thread_union
- add sp, x4, #THREAD_SIZE
- adr_l x5, init_task
- msr sp_el0, x5 // Save thread_info
将 init_thread_union 的地址保存到 x4，然后偏移 THREAD_SIZE 栈大小，用于初始化 sp。将 init_task 进程描述符地址赋值给 x5，并保存到 sp_el0。
下面再看下 init_thread_union 和 init_task 的定义：
- #include/linux/sched/task.h
- extern union thread_union init_thread_union;
- #init/init_task.c
- struct task_struct init_task
- __aligned(L1_CACHE_BYTES)
- = {
- #ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
- .thread_info = INIT_THREAD_INFO(init_task),
- .stack_refcount = REFCOUNT_INIT(1),
- #endif
- .....
- };
故这三者的关系可以通过下图描述：
如何获取当前进程
内核中经常通过 current 宏来获得当前进程对应的 struct task_sturct 结构，我们借助 current，结合上面介绍的内容，看下具体的实现。
- static __always_inline struct task_struct *get_current(void)
- {
- unsigned long sp_el0;
- asm ("mrs %0, sp_el0" : "=r" (sp_el0));
- return (struct task_struct *)sp_el0;
- }
- #define current get_current()
代码比较简单，可以看出通过读取用户空间栈指针寄存器 sp_el0 的值，然后将此值强转成 task_struct 结构就可以获得当前进程。(sp_el0 里存放的是 init_task，即 thread_info 地址，thread_info 又是在 task_sturct 的开始处，从而找到当前进程。)
