一、進(jìn)程與線程的概念

進(jìn)程是多程序設(shè)計(jì)中操作系統(tǒng)的基本概念，用于描述程序執(zhí)行的實(shí)體。在linux等多用戶多進(jìn)程的操作系統(tǒng)中，通常將這個(gè)執(zhí)行實(shí)體稱為進(jìn)程，有時(shí)也被稱為線程或任務(wù)。

在Linux操作系統(tǒng)中，為何進(jìn)程和線程有時(shí)候會(huì)互相稱呼呢？下面將通過對進(jìn)程創(chuàng)建和銷毀的流程進(jìn)行闡述，可以更加自然地理解這一點(diǎn)。

1. 創(chuàng)建進(jìn)程的入口函數(shù)

首次遇到進(jìn)程創(chuàng)建是在Linux啟動(dòng)過程中，rest_init函數(shù)調(diào)用kernel_thread函數(shù)創(chuàng)建了兩個(gè)內(nèi)核進(jìn)程：kernel_init和kthreadd。

1.1 kernel_thread的原型

定義在kernel/fork.c文件內(nèi)，是調(diào)用_do_fork實(shí)現(xiàn)的，源碼如下：

我們知道kthreadd進(jìn)程負(fù)責(zé)創(chuàng)建所有內(nèi)核線程，那么它是如何創(chuàng)建的呢？循著鏈表kthread_create_list，可以找到鏈表是__kthread_create_on_node函數(shù)內(nèi)插入的，進(jìn)而我們引出了kthread_create、kthread_run等函數(shù)。

1.2 kthread_create的原型

定義在include/linux/kthread.h文件內(nèi)，是個(gè)宏定義。

kthread_create_on_node函數(shù)定義在kernel/kthread.c文件內(nèi)，內(nèi)部是調(diào)用__kthread_create_on_node實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)看到EXPORT_SYMBOL標(biāo)識(shí)時(shí)，可以知道kthread_create_on_node是對全部內(nèi)核代碼公開的，內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)都可以調(diào)用，調(diào)用時(shí)只需extern該函數(shù)聲明或包含頭文件即可，實(shí)際操作中，更多的是使用kthread_create宏。

我們繼續(xù)看kthread_create_on_node的主要實(shí)現(xiàn)函數(shù)是__kthread_create_on_node，line 299顯示task的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體是struct task_sttruct， 便是進(jìn)程描述符。

1.3 kthread_run的原型

kthread_run是定義在include/Linux/kthread.h頭文件的宏，可以看出內(nèi)部也是調(diào)用kthread_create函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

1.4 對比三個(gè)內(nèi)核創(chuàng)建進(jìn)程函數(shù)

1. kernel_thread直接調(diào)用_do_fork創(chuàng)建進(jìn)程，但不對外開放。
2. kthread_create創(chuàng)建了進(jìn)程由kthread進(jìn)程具體完成創(chuàng)建，間接調(diào)用_do_fork實(shí)現(xiàn)，但它對所有內(nèi)核開放。
3. kthread_run調(diào)用kthread_create創(chuàng)建了進(jìn)程，并立即喚醒去執(zhí)行。

2、用戶進(jìn)程該如何創(chuàng)建

在Linux應(yīng)用編程的時(shí)候我們常用三個(gè)函數(shù)，fork、vfork和pthead__create，區(qū)別與內(nèi)核進(jìn)程的創(chuàng)建，用戶態(tài)不能直接調(diào)用內(nèi)核態(tài)的進(jìn)程創(chuàng)建函數(shù)，必須經(jīng)由系統(tǒng)調(diào)用system call機(jī)制（system call不是本文重點(diǎn)，后面單獨(dú)一篇詳述）。

2.1 fork函數(shù)

fork函數(shù)調(diào)用_do_fork函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程。

2.2 vfork函數(shù)

vfork函數(shù)調(diào)用_do_fork函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程。不同于fork函數(shù)，args內(nèi)多了flags的賦值。

2.3 clone函數(shù)

clone函數(shù)也是調(diào)用_do_fork函數(shù)創(chuàng)建進(jìn)程。不同于fork、vfork函數(shù)，args內(nèi)多了更多參數(shù)的賦值。

2.4 小節(jié)

創(chuàng)建內(nèi)核進(jìn)程的接口有kernel_thread、kthread_create和kthread_run。

創(chuàng)建用戶進(jìn)程的接口有fork、vfork和pthread__create。

這六個(gè)接口最終都是調(diào)用_do_fork實(shí)現(xiàn)的。

3、創(chuàng)建進(jìn)程的具體實(shí)現(xiàn)之_do_fork

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)創(chuàng)建進(jìn)程最終都是直接或間接調(diào)用_do_fork實(shí)現(xiàn)的。可見_do_fork函數(shù)的重要性，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)是調(diào)用copy_process來創(chuàng)建進(jìn)程描述符以及子進(jìn)程執(zhí)行所需要的所有其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

4、進(jìn)程描述符之Struct task_struct

調(diào)用copy_process來創(chuàng)建進(jìn)程描述符，描述符的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是struct task_struct，定義在include/linux/sched.h文件內(nèi)。

我們可以簡單一撇結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員變量（有大量刪減），單獨(dú)講每個(gè)成員變量沒有意義，后續(xù)我們在實(shí)際內(nèi)核功能中理解它們。

5、進(jìn)程銷毀

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束或者因?yàn)楫惓６K止退出時(shí)，該如何操作呢？在用戶態(tài)常用exit函數(shù)來終止，在內(nèi)核態(tài)直接調(diào)用do_exit()。

最終都會(huì)調(diào)用內(nèi)核函數(shù)do_exit(), 該函數(shù)可以理解為進(jìn)程創(chuàng)建的逆過程，即把進(jìn)程創(chuàng)建的資源一一釋放，并調(diào)整與其父子進(jìn)程的關(guān)系。具體實(shí)現(xiàn)過程不再分析，直接看源碼。

6、總結(jié)與下一篇計(jì)劃

本篇主要講解內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程的接口函數(shù)，并側(cè)重介紹了創(chuàng)建過程函數(shù)_do_fork。

本篇中講到用戶態(tài)調(diào)用內(nèi)核態(tài)的函數(shù)需要用到系統(tǒng)調(diào)用，下一篇著重講解系統(tǒng)調(diào)用的過程。