Linux 进程管理剖析

文章来源：http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-linux-process-management/
级别： 中级
M. Tim Jones, 顾问工程师, Emulex Corp.
2009 年 1 月 20 日
Linux® 的用户空间进程的创建和管理所涉及的原理与 UNIX® 有很多共同点，但也有一些特定于 Linux 的独特之处。在本文中，了解 Linux 进程的生命周期，探索用户进程创建、内存管理、调度和销毁的内核内幕。
Linux 是一种动态系统，能够适应不断变化的计算需求。Linux 计算需求的表现是以进程 的通用抽象为中心的。进程可以是短期的（从命令行执行的一个命令），也可以是长期的（一种网络服务）。因此，对进程及其调度进行一般管理就显得极为重要。
在用户空间，进程是由进程标识符（PID）表示的。从用户的角度来看，一个 PID 是一个数字值，可惟一标识一个进程。一个 PID 在进程的整个生命期间不会更改，但 PID 可以在进程销毁后被重新使用，所以对它们进行缓存并不见得总是理想的。
在用户空间，创建进程可以采用几种方式。可以执行一个程序（这会导致新进程的创建），也可以在程序内，调用一个 fork 或 exec 系统调用。fork 调用会导致创建一个子进程，而 exec 调用则会用新程序代替当前进程上下文。接下来，我将对这几种方法进行讨论以便您能很好地理解它们的工作原理。
在本文中，我将按照下面的顺序展开对进程的介绍，首先展示进程的内核表示以及它们是如何在内核内被管理的，然后来看看进程创建和调度的各种方式（在一个或多个处理器上），最后介绍进程的销毁。
进程表示
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在 Linux 内核内，进程是由相当大的一个称为 task_struct 的结构表示的。此结构包含所有表示此进程所必需的数据，此外，还包含了大量的其他数据用来统计（accounting）和维护与其他进程的关系（父和子）。对 task_struct 的完整介绍超出了本文的范围，清单 1 给出了 task_struct 的一小部分。这些代码包含了本文所要探索的这些特定元素。task_struct 位于 ./linux/include/linux/sched.h。
清单 1. task_struct 的一小部分

struct task_struct {
volatile long state;
void *stack;
unsigned int flags;
int prio, static_prio;
struct list_head tasks;
struct mm_struct *mm, *active_mm;
pid_t pid;
pid_t tgid;
struct task_struct *real_parent;
char comm[TASK_