理解进程和线程

进程和线程是操作系统里很重要的概念，但是所有的东西都会落实到代码。看起来很复杂的进程线程，其实在操作系统的代码里。也只是一些数据结构和算法。只不过他比一般的数据结构和算法可能复杂点。但是学习方法还是一样的，就是深入源码，一探究竟。 进程在操作系统里，是用一个task_struct结构体表示的。因为操作系统是大部分是用c语言实现的，没有对象这个概念。如果我们用高级语言来理解的话，每个进程就是一个对象。每次新建一个进程，就是新建一个对象。task_struct结构体可以说是类的定义。我们看一下一个task_struct的定义。

在这里插入图片描述 我们看到task_struct结构体里其实就是保持了一个进程所需要的一些信息，报包括执行状态，执行上下文tss，打开的文件、根目录、工作目录、收到的信号、信号处理函数、代码段、数据段的位置，进程id，执行时间、退出码等等。我们具体看一下这些数据结构的作用。

进程的管理

操作系统里会维护一个task_struct数组或者链表来记录当前系统中所有的进程。每次新建一个进程的时候，就会往里面追加一个task_struct结构体，每次销毁一个进程的时候，该进程的父进程会删除对应的task_struct。

进程的调度

操作系统的运作，很大程度上是由时钟驱动的，电脑中会有一个硬件间歇性地产生时钟中断。中断间隔是由操作系统初始化该硬件时决定的（定时器也是由该硬件驱动的，我们在应用层使用的定时器功能，归根到底还是使用系统的定时器去实现的）。每次时钟中断的时候如果当前执行的进程时间片已到，则会发生进程调度。另外进程阻塞的时候，也会发生进程调度。被调度到的进程，系统就会把task_struct里的tss信息加载到cpu。包括当前执行的代码位置，各种寄存器的值。然后就完成了进程的切换。

进程的执行时间

每次时钟中断的时候，时钟中断处理程序都会累加当前进程的执行时间，我们平时查看的进程的执行时间，这些数据就是由这些字段记录的。一个进程在内核态和用户态下执行的时间，是分开计算的。

信号

task_struct中用三个字段实现了信号相关的功能，一个是signal，记录了进程收到的信号，按位计算。blocked就是记录当前进程不接收哪些信号。sigaction则是记录每个信号对应的处理函数，和signal一一对应。每次我们调用kill的时候，其实就是修改signal字段的值。然后在某些时机下，系统会执行sigaction里对应的函数。这些时机包括系统调用返回，时钟中断处理程序返回、还有其他的硬件中断返回等等。

状态

task_struct用一个字段state记录了进程当前的状态，exit_code记录进程退出时的退出码。

文件系统相关

当前进程的根目录、工作目录。我们平时在进程里打开一个文件的时候，如果没有写明绝对路径，系统就会以工作目录为基础，加上我们传的相对路径拼出绝对路径。从而找到文件。另外filp字段是维护进程打开的文件信息。我们平时拿到的文件描述符就是filp字段的索引。他会逐步找到底层对应的文件或者socket。executable是保存进程对应的二进制文件所在的文件信息。我们都知道程序加载到内存变成进程。executable保存的就是程序对应的文件的信息。

权限

task_struct里用uid、euid、gid、egid等字段记录进程的权限信息。

进程关系信息

pid字段记录了当前进程的id，father记录了父进程的id。pgrp,session,leader分别是组id，会话id，是不是会话leader。多个进程组成一个组，多个组组成一个会话。如果一个进程是这个组或者会话的leader，则他的id会成为组或者会话的id，比如 组1有进程a的id是1（组leader、会话leader）进程b的id是2。 组2有进程c的id是3（组leader），进程d的id是4。 所有进程在一个会话，则组1的所有进程的组id和会话id都是1。组2所有进程的组id是3，会话id是1。

执行上下文

tss_struct和desc_struct结构体记录了进程执行的上下文，每次进程切换的时候，如果是被调度执行，则上下文加载到cpu和对应的硬件中，如果是被挂起，则cpu和硬件的信息保存到上下文。下次执行的时候恢复。

以上就是一个进程所具有的一些属性。我们发现，进程也没有那么难以理解，好比我们平时定义一个人，他有名字，身高，年龄属性一样。每个对象，他都有属于自己的一些属性。

下面我们再来看一下线程。相比进程，线程对很多同学来说可能更难理解。其实对于操作系统来说，没有单独去实现线程这个概念，操作系统把进程和线程抽象成执行上下文。可以说他们是一个东西。但是他们又有一点点区别。我们以linuxthreads线程库为例。了解一下线程是什么。我们知道fork可以新建一个进程。但是这个进程太重了，尽管有些属性是可以共享的。所以操作系统重新实现了一个系统调用clone。他支持更细粒度的属性共享。所以我们称线程是轻量级的进程。顾名思义，线程也是进程，但是他是轻量级的，因为他很多属性都是共享于父进程（父线程）的。共享的属性可以通过clone函数的参数来控制。当我们新建一个线程的时候，系统里会新建一个进程。clone函数会把栈的位置和代码执行的位置（就是我们传进去的函数）告诉系统。系统会从我们定义的函数开始执行。大概如下。

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