[Linux Kernel] Process Management

Process

Process는 executing program code, open files, pending signals, internal kernel data, process state, memory address space와 함께 하나 이상의 threads of execution, data section (global variable) 을 가진다.

Thread는 process의 activity 단위이다. 하나의 thread는 고유의 program counter, process stack, process register 등을 가진다. Linux의 경우 실행 단위는 thread이고 process와 구별하지 않는다.

 

 

Process Descriptor

 

• Task List
  
  • process들을 담은 circular doubly linked list
  • 각 element는 process descriptor이다. (type: struct task_struct)
• struct task_struct (Process Descriptor)
  • 각 프로세스 별로 kernel이 필요한 information을 들고 있음
  • slab allocator을 사용하여 할당됨
  • 2.6 Linux 이전엔 각 프로세스의 kernel stack 마지막 부분에 각각 저장됨
    • x86 처럼 register 많지 않는 아키텍처에서 stack pointer만으로 process descripotor 위치를 구할 있었음
  • 이젠 dynamic 하기 할당되므로 struct thread_info 타입의 새로운 데이터가 각 프로세스의 kernel stack 마지막에 위치함
    • thread_info에는 실제 task_struct의 pointer를 포함하여 몇 가지 정보를 포함
  • state field
    
    • TASK_RUNNING
    • TASK_INTERRUPTIBLE
      • sleeping (blocked), waiting for some condition. The process awakes prematurely and becomes runnable if it receives a signal
    • TASK_UNINTERRUPTIBLE
      • identical to TASK_INTERRUPTIBLE but does not wake up when receives signal
    • __TASK_TRACED
      • traced by another process such as debuger via ptrace
    • __TASK_STOPPED
      • task is not running nor is it eligible to run (SIGSTOP SIGSTP, SIGTTIN, or SIGTTOU)

 

Process Family Tree

Unix system에선 process간의 hierarchy가 존재한다 (Linux 포함). task_struct의 parent field와 children field는 그 process tree의 부모와 자식 리스트를 가지고 있다.

 

// todo

Process Creation

• fork()
  
  • pid, ppid (parent pid), pending signals 등을 제외하곤 다 상속됨
  • copy-on-write (COW)
    • share for read only
    • 따라서 paget table copy와 process descriptor 할당만이 overhead
  • clone() syscall
    
    • fork(), vfork(), __clone() library 모두 clone() system call을 사용
    • clone() system call은 do_fork()를 call
      • do_fork()
        • copy_process() 를 call
          • 1. call dup_task_struct(), which creates new kernel stack, thread_info, and task_struct for the new process. (현재 process descriptor는 부모와 똑같다)
          • 2. process descriptor (task_struct)의 몇가지 부분을 리셋하거나 clear out 시킨다.
          • 3. child의 state를 TASK_UNINTERRUPTIBLE로 바꾼다. (갑자기 실행되면 안되므로)
          • 4. PID alloate

 

Linux Implementation of Threads

• creating threads
  • clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND, 0)
    • fork(), but address space, fs, file descriptors, signal handlers are shared
  • clone(SIGCHLD, 0)
    • just fork()
  • clone(CLONE_VFORK | CLONE_VM | SIGCHLD, 0)
    • vfork()

Kernel Threads

• stanadard processes that exist soely in kernel space for some operations in the background
• no address space (mm pointer is NULL)
• no context switch into user-space

 

todo: Process Termination