進程描述符的處理

轉自：http://edsionte.com/techblog/archives/2198/comment-page-1

對於每一個進程而言，內核爲其單獨分配了一個內存區域，這個區域存儲的是內核棧和該進程所對應的一個小型進程描述符——thread_info結構。

01	struct thread_info {

02	struct task_struct  *task;      /* main task structure */

03	struct exec_domain  *exec_domain;   /* execution domain */

04	unsigned long       flags;      /* low level flags */

05	unsigned long       status;     /* thread-synchronous flags */

06	__u32           cpu;        /* current CPU */

07	__s32           preempt_count; /* 0 => preemptable, <0 => BUG */

08	mm_segment_t        addr_limit;

09	struct restart_block    restart_block;

10	unsigned long           previous_esp;

11	__u8            supervisor_stack[0];

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};

之所以將thread_info結構稱之爲小型的進程描述符，是因爲在這個結構中並沒有直接包含與進程相關的字段，而是通過task字段指向具體某個進程描述符。通常這塊內存區域的大小是8KB，也就是兩個頁的大小（有時候也使用一個頁來存儲，即4KB）。一個進程的內核棧和thread_info結構之間的邏輯關係如下圖所示：

從上圖可知，內核棧是從該內存區域的頂層向下（從高地址到低地址）增長的，而thread_info結構則是從該區域的開始處向上（從低地址到高地址）增長。內核棧的棧頂地址存儲在esp寄存器中。所以，當進程從用戶態切換到內核態後，esp寄存器指向這個區域的末端。

從代碼的角度來看，內核棧和thread_info結構是被定義在一個聯合體當中的：

1	//定義在linux/include/linux/sched.h中

2	union thread_union {

3	struct thread_info thread_info;

4	unsigned long stack[THREAD_SIZE/sizeof(long)];

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};

其中，THREAD_SIZE的值取8192時，stack數組的大小爲2048；THREAD_SIZE的值取4096時，stack數組的大小爲1024。現在我們應該思考，爲何要將內核棧和thread_info（其實也就相當於task_struct，只不過使用thread_info結構更節省空間）緊密的放在一起？最主要的原因就是內核可以很容易的通過esp寄存器的值獲得當前正在運行進程的thread_info結構的地址，進而獲得當前進程描述符的地址。

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1	//定義在/linux/include/asm-i386/thread_info.h中

2	static inline struct thread_info *current_thread_info(void)

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{

4	struct thread_info *ti;

5	__asm__("andl %%esp,%0; ":"=r" (ti) : "0" (~(THREAD_SIZE - 1)));

6	return ti;

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}

這條內聯彙編語句會屏蔽掉esp寄存器中的內核棧頂地址的低13位（或12位，當THREAD_SIZE爲4096時）。此時ti所指的地址就是這片內存區域的起始地址，也就剛好是thread_info結構的地址。但是，thread_info結構的地址並不會對我們直接有用。我們通常可以輕鬆的通過current宏獲得當前進程的task_struct結構，這個宏是如何實現的？

1	//定義在linux/include/asm-i386/current.h中

2	static inline struct task_struct * get_current(void)

3

{

4	return current_thread_info()->task;

5

}

6	#define current get_current()

通過上述源碼可以發現，current宏返回的是thread_info結構task字段。而task正好指向與thread_info結構關聯的那個進程描述符。得到current後，我們就可以獲得當前正在運行進程的描述符中任何一個字段了，比如我們通常所做的：current->pid。