linux0.11内核完全剖析- exit.c

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我是靠谱客的博主超帅画笔，最近开发中收集的这篇文章主要介绍linux0.11内核完全剖析- exit.c，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

声明：

参考《linux内核完全剖析基于linux0.11》--赵炯节选

sched.c 程序

该程序主要描述了进程（任务）终止和退出的处理事宜。主要包含进程释放、会话（进程组）终止和程序退出处理函数以及杀死进程、终止进程、挂起进程等系统调用函数。还包括进程信号发送函数send_sig()和通知父进程子进程终止的函数 tell_father()。

释放进程的函数 release()主要根据指定的任务数据结构（任务描述符）指针，在任务数组中删除指定的进程指针、释放相关内存页并立刻让内核重新调度任务的运行。

进程组终止函数 kill_session()通过向会话号与当前进程相同的进程发送挂断进程的信号。

系统调用 sys_kill()用于向进程发送任何指定的信号。根据参数 pid（进程标识号）的数值的不同，该系统调用会向不同的进程或进程组发送信号。程序注释中已经列出了各种不同情况的处理方式。

程序退出处理函数 do_exit()是在系统调用的中断处理程序中被调用的。它首先会释放当前进程的代码段和数据段所占的内存页面，然后向子进程发送终止信号 SIGCHLD。接着关闭当前进程打开的所有文件、释放使用的终端设备、协处理器设备，若当前进程是进程组的领头进程，则还需要终止所有相关进程。随后把当前进程置为僵死状态，设置退出码，并向其父进程发送子进程终止信号。最后让内核重新调度任务的运行。

系统调用 waitpid()用于挂起当前进程，直到 pid 指定的子进程退出（终止）或者收到要求终止该进程的信号，或者是需要调用一个信号句柄（信号处理程序）。如果 pid 所指的子进程早已退出（已成所谓的僵死进程），则本调用将立刻返回。子进程使用的所有资源将释放。该函数的具体操作也要根据其参数进行不同的处理。详见代码中的相关注释。

linux/kernel/sched.c 程序
/*
* linux/kernel/exit.c
*
* (C) 1991 Linus Torvalds
*/

#include <errno.h> // 错误号头文件。包含系统中各种出错号。(Linus 从 minix 中引进的)
#include <signal.h> // 信号头文件。定义信号符号常量，信号结构以及信号操作函数原型。
#include <sys/wait.h> // 等待调用头文件。定义系统调用 wait()和 waitpid()及相关常数符号。

#include <linux/sched.h> // 调度程序头文件，定义了任务结构 task_struct、初始任务 0 的数据，
// 还有一些有关描述符参数设置和获取的嵌入式汇编函数宏语句。
#include <linux/kernel.h> // 内核头文件。含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/tty.h> // tty 头文件，定义了有关 tty_io，串行通信方面的参数、常数。
#include <asm/segment.h> // 段操作头文件。定义了有关段寄存器操作的嵌入式汇编函数。

int sys_pause(void); // 把进程置为睡眠状态的系统调用。（kernel/sched.c，144 行）
int sys_close(int fd); // 关闭指定文件的系统调用。（fs/open.c，192 行）

 释放指定进程占用的任务槽及其任务数据结构所占用的内存。
// 参数 p 是任务数据结构的指针。该函数在后面的 sys_kill()和 sys_waitpid()中被调用。
// 扫描任务指针数组表 task[]以寻找指定的任务。如果找到，则首先清空该任务槽，然后释放
// 该任务数据结构所占用的内存页面，最后执行调度函数并在返回时立即退出。如果在任务数组
// 表中没有找到指定任务对应的项，则内核 panic☺。
void release(struct task_struct * p)
{
	int i;

	if (!p) // 如果进程数据结构指针是 NULL，则什么也不做，退出。
	return;
	for (i=1 ; i<NR_TASKS ; i++) // 扫描任务数组，寻找指定任务。
		if (task[i]==p) {
			task[i]=NULL; // 置空该任务项并释放相关内存页。
			free_page((long)p);
			schedule(); // 重新调度（似乎没有必要）。
			return;
		}
	panic( "trying to release non-existent task" ); // 指定任务若不存在则死机。
}

 向指定任务(*p)发送信号(sig)，权限为 priv。
// 参数：sig -- 信号值；
// p -- 指定任务的指针；
// priv -- 强制发送信号的标志。即不需要考虑进程用户属性或级别而能发送信号的权利。
// 该函数首先在判断参数的正确性，然后判断条件是否满足。如果满足就向指定进程发送信号 sig
// 并退出，否则返回未许可错误号。
static inline int send_sig(long sig,struct task_struct * p,int priv)
{
	// 若信号不正确或任务指针为空则出错退出。
	if (!p || sig<1 || sig>32)
		return -EINVAL;
	// 如果强制发送标志置位，或者当前进程的有效用户标识符(euid)就是指定进程的 euid（也即是自己），
	// 或者当前进程是超级用户，则在进程位图中添加该信号，否则出错退出。
	// 其中 suser()定义为(current->euid==0)，用于判断是否是超级用户。
	if (priv || (current->euid==p->euid) || suser())
		p->signal |= (1<<(sig-1));
	else
		return -EPERM;
	
	return 0;
}

 终止会话(session)。
// 进程会话的概念请参见第 4 章中有关进程组和会话的说明。
static void kill_session(void)
{
	struct task_struct **p = NR_TASKS + task; // 指针*p 首先指向任务数组最末端。

	// 扫描任务指针数组，对于所有的任务（除任务 0 以外），如果其会话号 session 等于当前进程的
	// 会话号就向它发送挂断进程信号 SIGHUP。
	while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->session == current->session)
			(*p)->signal |= 1<<(SIGHUP-1); // 发送挂断进程信号。
	}
}

/*
* XXX need to check permissions needed to send signals to process
* groups, etc. etc. kill() permissions semantics are tricky!
*/
/*
* 为了向进程组等发送信号，XXX 需要检查许可。kill()的许可机制非常巧妙!
*/
 系统调用 kill()可用于向任何进程或进程组发送任何信号，而并非只是杀死进程☺。
// 参数 pid 是进程号；sig 是需要发送的信号。
// 如果 pid 值>0，则信号被发送给进程号是 pid 的进程。
// 如果 pid=0，那么信号就会被发送给当前进程的进程组中的所有进程。
// 如果 pid=-1，则信号 sig 就会发送给除第一个进程外的所有进程。
// 如果 pid < -1，则信号 sig 将发送给进程组-pid 的所有进程。
// 如果信号 sig 为 0，则不发送信号，但仍会进行错误检查。如果成功则返回 0。
// 该函数扫描任务数组表，并根据 pid 的值对满足条件的进程发送指定的信号 sig。若 pid 等于 0，
// 表明当前进程是进程组组长，因此需要向所有组内的进程强制发送信号 sig。
int sys_kill(int pid,int sig)
{
	struct task_struct **p = NR_TASKS + task;
	int err, retval = 0;

	if (!pid) while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->pgrp == current->pid)
			if (err=send_sig(sig,*p,1)) // 强制发送信号。
				retval = err;
	} else if (pid>0) while (--p > &FIRST_TASK) {
		if (*p && (*p)->pid == pid)
			if (err=send_sig(sig,*p,0))
				retval = err;
	} else if (pid == -1) while (--p > &FIRST_TASK)
		if (err = send_sig(sig,*p,0))
			retval = err;
	else while (--p > &FIRST_TASK)
		if (*p && (*p)->pgrp == -pid)
			if (err = send_sig(sig,*p,0))
			retval = err;
		
	return retval;
}

 通知父进程 -- 向进程 pid 发送信号 SIGCHLD：默认情况下子进程将停止或终止。
// 如果没有找到父进程，则自己释放。但根据 POSIX.1 要求，若父进程已先行终止，则子进程应该
// 被初始进程 1 收容。
static void tell_father(int pid)
{
	int i;

	if (pid)
	// 扫描进程数组表寻找指定进程 pid，并向其发送子进程将停止或终止信号 SIGCHLD。
		for (i=0;i<NR_TASKS;i++) {
			if (!task[i])
				continue;
			if (task[i]->pid != pid)
				continue;
			task[i]->signal |= (1<<(SIGCHLD-1));
			return;
		}
	/* if we don't find any fathers, we just release ourselves */
	/* This is not really OK. Must change it to make father 1 */
	/* 如果没有找到父进程，则进程就自己释放。这样做并不好，必须改成由进程 1 充当其父进程。*/
	printk( "BAD BAD - no father foundnr" );
	release(current); // 如果没有找到父进程，则自己释放。
}

 程序退出处理程序。在下面 137 行处的系统调用 sys_exit()中被调用。
int do_exit(long code) // code 是错误码。
{
	int i;

	// 释放当前进程代码段和数据段所占的内存页（free_page_tables()在 mm/memory.c,105 行）。
	free_page_tables(get_base(current->ldt[1]),get_limit(0x0f));
	free_page_tables(get_base(current->ldt[2]),get_limit(0x17));
	// 如果当前进程有子进程，就将子进程的 father 置为 1(其父进程改为进程 1 - init)。如果该子进程
	// 已经处于僵死(ZOMBIE)状态，则向进程 1 发送子进程终止信号 SIGCHLD。
	for (i=0 ; i<NR_TASKS ; i++)
		if (task[i] && task[i]->father == current->pid) {
			task[i]->father = 1;
			if (task[i]->state == TASK_ZOMBIE)
			/* assumption task[1] is always init */ /* 这里假设 task[1]肯定是进程 init */
				(void) send_sig(SIGCHLD, task[1], 1);
		}
	// 关闭当前进程打开着的所有文件。
	for (i=0 ; i<NR_OPEN ; i++)
		if (current->filp[i])
			sys_close(i);
	// 对当前进程的工作目录 pwd、根目录 root 以及程序的 i 节点进行同步操作，并分别置空（释放）。
	iput(current->pwd);
	current->pwd=NULL;
	iput(current->root);
	current->root=NULL;
	iput(current->executable);
	current->executable=NULL;
	// 如果当前进程是会话头领(leader)进程并且其有控制终端，则释放该终端。
	if (current->leader && current->tty >= 0)
		tty_table[current->tty].pgrp = 0;
	// 如果当前进程上次使用过协处理器，则将 last_task_used_math 置空。
	if (last_task_used_math == current)
		last_task_used_math = NULL;
	// 如果当前进程是 leader 进程，则终止该会话的所有相关进程。
	if (current->leader)
		kill_session();
	// 把当前进程置为僵死状态，表明当前进程已经释放了资源。并保存将由父进程读取的退出码。
	current->state = TASK_ZOMBIE;
	current->exit_code = code;
	// 通知父进程，也即向父进程发送信号 SIGCHLD -- 子进程将停止或终止。
	tell_father(current->father);
	schedule(); // 重新调度进程运行，以让父进程处理僵死进程其它的善后事宜。
	return (-1); /* just to suppress warnings */
}

 系统调用 exit()。终止进程。
int sys_exit(int error_code)
{
	return do_exit((error_code&0xff)<<8);
}

 系统调用 waitpid()。挂起当前进程，直到 pid 指定的子进程退出（终止）或者收到要求终止
// 该进程的信号，或者是需要调用一个信号句柄（信号处理程序）。如果 pid 所指的子进程早已
// 退出（已成所谓的僵死进程），则本调用将立刻返回。子进程使用的所有资源将释放。
// 如果 pid > 0, 表示等待进程号等于 pid 的子进程。
// 如果 pid = 0, 表示等待进程组号等于当前进程组号的任何子进程。
// 如果 pid < -1, 表示等待进程组号等于 pid 绝对值的任何子进程。
// [ 如果 pid = -1, 表示等待任何子进程。]
// 若 options = WUNTRACED，表示如果子进程是停止的，也马上返回（无须跟踪）。
// 若 options = WNOHANG，表示如果没有子进程退出或终止就马上返回。
// 如果返回状态指针 stat_addr 不为空，则就将状态信息保存到那里。
int sys_waitpid(pid_t pid,unsigned long * stat_addr, int options)
{
	int flag, code;
	struct task_struct ** p;

	verify_area(stat_addr,4);
	repeat:
	flag=0;
	// 从任务数组末端开始扫描所有任务，跳过空项、本进程项以及非当前进程的子进程项。
	for(p = &LAST_TASK ; p > &FIRST_TASK ; --p) {
		if (!*p || *p == current) // 跳过空项和本进程项。
			continue;
		if ((*p)->father != current->pid) // 如果不是当前进程的子进程则跳过。
			continue;
		// 此时扫描选择到的进程 p 肯定是当前进程的子进程。
		// 如果等待的子进程号 pid>0，但与被扫描子进程 p 的 pid 不相等，说明它是当前进程另外的子进程，
		// 于是跳过该进程，接着扫描下一个进程。
		if (pid>0) {
			if ((*p)->pid != pid)
				continue;
			// 否则，如果指定等待进程的 pid=0，表示正在等待进程组号等于当前进程组号的任何子进程。如果
			// 此时被扫描进程 p 的进程组号与当前进程的组号不等，则跳过。
		} else if (!pid) {
			if ((*p)->pgrp != current->pgrp)
				continue;
			// 否则，如果指定的 pid<-1，表示正在等待进程组号等于 pid 绝对值的任何子进程。如果此时被扫描
			// 进程 p 的组号与 pid 的绝对值不等，则跳过。
		} else if (pid != -1) {
			if ((*p)->pgrp != -pid)
				continue;
		}
		// 如果前 3 个对 pid 的判断都不符合，则表示当前进程正在等待其任何子进程，也即 pid=-1 的情况。
		// 此时所选择到的进程 p 正是所等待的子进程。接下来根据这个子进程 p 所处的状态来处理。
		switch ((*p)->state) {
			// 子进程 p 处于停止状态时，如果此时 WUNTRACED 标志没有置位，表示程序无须立刻返回，于是继续
			// 扫描处理其它进程。如果 WUNTRACED 置位，则把状态信息 0x7f 放入*stat_addr，并立刻返回子进程
			// 号 pid。这里 0x7f 表示的返回状态使 WIFSTOPPED()宏为真。参见 include/sys/wait.h，14 行。
			case TASK_STOPPED:
				if (!(options & WUNTRACED))
				continue;
				put_fs_long(0x7f,stat_addr);
				return (*p)->pid;
				// 如果子进程 p 处于僵死状态，则首先把它在用户态和内核态运行的时间分别累计到当前进程（父进程）
				// 中，然后取出子进程的 pid 和退出码，并释放该子进程。最后返回子进程的退出码和 pid。
			case TASK_ZOMBIE:
				current->cutime += (*p)->utime;
				current->cstime += (*p)->stime;
				flag = (*p)->pid; // 临时保存子进程 pid。
				code = (*p)->exit_code; // 取子进程的退出码。
				release(*p); // 释放该子进程。
				put_fs_long(code,stat_addr); // 置状态信息为退出码值。
				return flag; // 退出，返回子进程的 pid.
				// 如果这个子进程 p 的状态既不是停止也不是僵死，那么就置 flag=1。表示找到过一个符合要求的
				// 子进程，但是它处于运行态或睡眠态。
			default:
				flag=1;
				continue;
		}
	}
	// 在上面对任务数组扫描结束后，如果 flag 被置位，说明有符合等待要求的子进程并没有处于退出
	// 或僵死状态。如果此时已设置 WNOHANG 选项（表示若没有子进程处于退出或终止态就立刻返回），
	// 就立刻返回 0，退出。否则把当前进程置为可中断等待状态并重新执行调度。
	if (flag) {
		if (options & WNOHANG) // 若 options = WNOHANG，则立刻返回。
			return 0;
		current->state=TASK_INTERRUPTIBLE; // 置当前进程为可中断等待状态。
		schedule(); // 重新调度。
		// 当又开始执行本进程时，如果本进程没有收到除 SIGCHLD 以外的信号，则还是重复处理。否则，
		// 返回出错码并退出。
		if (!(current->signal &= ~(1<<(SIGCHLD-1))))
			goto repeat;
		else
			return -EINTR; // 退出，返回出错码。
	}
	// 若没有找到符合要求的子进程，则返回出错码。
	return -ECHILD;
}