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scheduler02

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fork()、vfork()、pthread_create()

  • 测试环境：

ubuntu 10.04 ( linux 2.6.32 )

  • 测试：

$ cat test.c
#include <sched.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int data = 10;

int child_process()
{
    printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
    data = 20;
    printf("Child process %d, data %d\n",getpid(),data);
    _exit(0);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    int pid;
    // pid = fork();
    // pid = vfork();

    if(pid==0) {
        child_process();
    }
    else{
        sleep(1);
        printf("Parent process %d, data %d\n",getpid(), data);
        exit(0);
    }
}

$ gcc test.c -o test

# 当pid = fork();时
$ ./test
Child process 2646, data 10
Child process 2646, data 20
Parent process 2645, data 10
$ strace ./test
...
clone(child_stack=x, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=xxx)
...

# 当pid = vfork();时
$ ./test
Child process 2702, data 10
Child process 2702, data 20
Parent process 2701, data 20
$ strace ./test
xxxxx

$ cat thread.c 
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <linux/unistd.h>
#include <sys/syscall.h>

int data = 10;

static pid_t gettid( void )
{
    return syscall(__NR_gettid);
}

static void *thread_fun(void *param)
{
    data = 20;

    printf("thread pid:%d, tid:%d pthread_self:%lu\n", getpid(), gettid(),pthread_self());
    printf("data %d\n", data);
    return NULL;
}

int main(void)
{
    pthread_t tid;
    int ret;

    printf("thread pid:%d, tid:%d pthread_self:%lu\n", getpid(), gettid(),pthread_self());
    printf("data %d\n", data);

    ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_fun, NULL);
    if (ret == -1) {
        perror("cannot create new thread");
        return -1;
    }

    if (pthread_join(tid, NULL) != 0) {
        perror("call pthread_join function fail");
        return -1;
    }

    printf("thread pid:%d, tid:%d pthread_self:%lu\n", getpid(), gettid(),pthread_self());
    printf("data %d\n", data);

    return 0;
}
$ gcc thread.c -pthread -o thread
$ ./thread
thread pid:1878, tid:1878 pthread_self:140648953210624
data 10
thread pid:1878, tid:1879 pthread_self:140648945157904
data 20
thread pid:1878, tid:1878 pthread_self:140648953210624
data 20
$ strace ./thread
...
clone(child_stack=xxx,flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, parent_tidptr=xxx,tls=xxx, child_tidptr=xxx) = xxx
...

  • 总结：

如上图，无论创建进程还是线程，都是调用系统调用clone ()，再调用内核函数do_fork()创建struct task_strust，唯一不同是它们传递flag标志不同，以区分哪些资源是否共享等等。

linux使用 fork() 创建进程时，父进程与子进程共享同一个资源，即struct task_strust 指向同一个资源，并此时所有资源都以只读方式共享。只有 父进程或子进程 其中一个对资源进行写操作时，linux才会为 父进程或子进程 创建复制一份一模一样的资源，即 此时 父子进程 才各自拥有一份完全不同的struct task_strust，对资源都拥有读写权限。这就是进程写时拷贝(Copy-on-Write)技术。

linux使用 vfork() 创建进程时，跟fork() 创建进程基本是一样的，唯一不同是task_strust->mm成员是共享，如 进程中全局变量是共享。

linux使用pthread_create()创建线程时，进程内所有线程共享同一个资源，即 struct task_strust 指向同一个资源，所有资源都以读写方式共享。

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为什么 线程称为轻量级进程？

从上述可知，在linux kernel中，进程与线程都是用struct task_strust 表示，唯一不同是 struct task_strust 指向资源是否共享。

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进程1和进程0

  • 测试环境：

ubuntu 10.04 ( linux 2.6.32 )

ubuntu 20.04 ( linux 5.4.0)

  • 测试：

  • 总结：

init进程是整个系统的第一个进程，也就是1号进程。

1号进程有父进程 0号进程，即 idle进程

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孤儿进程

  • 测试环境：

ubuntu 10.04 ( linux 2.6.32 )

ubuntu 20.04 ( linux 5.4.0)

  • 测试：

  • 总结：

当子进程先死亡时，父进程负责得到子进程死亡原因以及清除struct task_strust

当父进程先死亡时，子进程变成孤儿进程，此时linux系统需要给子进程找一个养父进程。在linux 3.4之前，养父进程一般都是init进程；在linux 3.4之后，养父进程一般都是SUBREAPER标志的进程，如上图 每一个用户的systemd进程就是用SUBREAPER标志的进程。

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进程睡眠

  • 测试环境：

宋宝华老师的驱动开发书 －－ globalfifo.c

  • 测试：

  • 总结：

进程进入睡眠状态，可分为两种：深度睡眠与浅度睡眠。

深度睡眠，即UNINTERRUPTIBLE_SLEEP，只有当所需资源到达时，进程才被唤醒。

浅度睡眠，即INTERRUPTIBLE_SLEEP，当所需资源或信号到达时，进程才被唤醒。

进程进入睡眠状态，即调用add_wait_queue()将进程放入等待队列中，设置为__set_current_state(UNINTERRUPTIBLE_SLEEP)或__set_current_state(INTERRUPTIBLE_SLEEP)后，调用schedule()。此时进程放弃CPU，CPU调度另一个进程继续执行。当所需资源或信号到达时，通过调用wake_up()唤醒进入睡眠状态的进程，从schedule()下一行源码继续执行。

Previousscheduler01Nextscheduler03

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