什么是进程

进程和线程是程序运行时状态，是动态变化的，进程和线程的管理操作(比如，创建，销毁等)都是有内核来实现的。Linux中的进程于Windows相比是很轻量级的，而且不严格区分进程和线程，线程不过是一种特殊的进程。

所以下面只讨论进程，只有当线程与进程存在不一样的地方时才提一下线程。

• 进程提供2种虚拟机制：虚拟处理器和虚拟内存
• 每个进程有独立的虚拟处理器和虚拟内存
• 每个线程有独立的虚拟处理器，同一个进程内的线程有可能会共享虚拟内存。

Linux中可以用ps命令查看所有进程的信息：ps -eo pid，tid，ppid，comm

进程优先级

比较粗糙的划分，进程可以分为实时进程和非实时进程。

• 硬实时进程：Linux不支持硬实时处理，至少在主流的内核中不支持
• 软实时进程：硬实时进程的一种弱化形式，

• 普通进程：没有时间约束，但可以按照重要性划分优先级

  进程生命周期

• 运行：该进程此刻正在执行。

• 等待：进程能够运行，但没有得到许可，因为CPU分配给另一个进程。调度器可以在下一次任务切换时选择该进程。
• 睡眠：进程正在睡眠无法运行，因为它在等待一个外部事件。调度器无法在下一次任务切换时选择该进程。

进程表示

内核中进程的信息主要保存在task_struct中(include/linux/sched.h)，进程标识PID和线程标识TID对于同一个进程或线程来说都是相等的。

进程limits

进程各项资源的限制记录在task_struct.signal->rlim中，struct rlimit rlim用index区分不同的资源类型，对每种资源设定了如下两个限制：

struct rlimit {
    __kernel_ulong_t    rlim_cur;//当前限制，可以通过系统调用setrlimit修改
    __kernel_ulong_t    rlim_max;//最大硬限制，不能修改，除非重新编译内核
};

不同index代表不同的资源（cat /proc/self/limits可以列出本进程的rlim值）：

命名空间

命名空间建立了系统的不同视图，全局资源都通过命名空间抽象起来，每一项全局资源都必须包装到容器数据结构中，只有资源和包含资源的命名空间构成的二元组仍然是全局唯一的。这使得可以将一组进程放置到容器中，各个容器彼此隔离。

代码结构如下：

新的命名空间可以用下面两种方法创建：

1. 在用fork或clone系统调用创建新进程时，有特定的选项可以控制是与父进程共享命名空间，还是建立新的命名空间。

   #define CLONE_NEWUTS        0x04000000  /* New utsname namespace */
   #define CLONE_NEWIPC        0x08000000  /* New ipc namespace */
   #define CLONE_NEWUSER       0x10000000  /* New user namespace */
   #define CLONE_NEWPID        0x20000000  /* New pid namespace */
   #define CLONE_NEWNET        0x40000000  /* New network namespace */

2. unshare系统调用将进程的某些部分从父进程分离，其中也包括命名空间

进程ID

• 全局ID是在内核本身和初始命名空间中的唯一ID号，在系统启动期间开始的init进程即属于初始命名空间。对每个ID类型，都有一个给定的全局ID，保证在整个系统中是唯一的。
• 局部ID属于某个特定的命名空间，不具备全局有效性。对每个ID类型，它们在所属的命名空间内部有效，但类型相同、值也相同的ID可能出现在不同的命名空间中

对应在task_struct中为：

struct task_struct {
...
    pid_t pid;//全局进程号
    pid_t tgid;//局部进程号
...
    struct hlist_node pid_links[PIDTYPE_MAX];//其他标识符的链表
}

全局ID是唯一的，比较好理解；而局部ID会复杂一些。
下图展示了命名空间下pid的结构：

进程的父子关系

struct task_struct {
...
    struct list_head children; /* 子进程链表 */
    struct list_head sibling; /* 连接到父进程的子进程链表 */
...
}

进程的启动

创建进程

fork、vfork和clone三个系统调用都是调用kernel_clone函数进行进程或线程的创建： 创建线程和进程的步骤一样，只是最终传给clone()函数的参数不同。比如，

• 通过一个普通的fork来创建进程，相当于：clone(SIGCHLD， 0)
• 创建一个线程(即一个和父进程共享地址空间，文件系统资源，文件描述符和信号处理程序的进程）：
  • clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND， 0)

在内核中创建的内核线程与普通的进程之间还有个主要区别在于：内核线程没有独立的地址空间，它们只能在内核空间运行。这与之前提到的Linux内核是个单内核有关。

exec装载程序

exec: 读取可执行文件，将其载入到内存中运行，代替当前进程。exec不是一个系统调用，是多个系统调用的统称，最后都调用函数do_execveat_common：

进程的终止

进程退出分两种情况：进程主动退出(exit)和终止进程(kill)。 和创建进程一样，终结一个进程同样有很多步骤：

线程组exit

do_exit的主要任务：

• 设置task_struct中的标识成员设置为PF_EXITING
• 调用del_timer_sync()删除内核定时器， 确保没有定时器在排队和运行
• 调用exit_mm()释放进程占用的mm_struct
• 调用sem__exit()，使进程离开等待IPC信号的队列
• 调用exit_files()和exit_fs()，释放进程占用的文件描述符和文件系统资源
• 把task_struct的exit_code设置为进程的返回值
• 调用exit_notify()向父进程发送信号，并把自己的状态设为EXIT_ZOMBIE
• 切换到新进程继续执行

子进程进入EXIT_ZOMBIE之后，虽然永远不会被调度，关联的资源也释放掉了，但是它本身占用的内存还没有释放，比如创建时分配的内核栈，task_struct结构等。这些由父进程来释放。

父进程release_task

• 父进程收到子进程发送的exit_notify()信号后，将该子进程的进程描述符和所有进程独享的资源全部删除。
• 如果子进程的父进程已经退出了，那么子进程在退出时，exit_notify()函数会先调用forget_original_parent()，然后再调用find_new_reaper()来寻找新的父进程。
  • find_new_reaper()函数先在当前线程组中找一个线程作为父亲，如果找不到，就让init做父进程。(init进程是在linux启动时就一直存在的)

    系统调用kill

    kill负责发送信号，具体处理右信号处理函数负责：